JPH04504498A - ぜん動ポンプモータ駆動 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ぜん動ポンプモータ駆動 ｍ皿辺皇！ 本出願は、日本特許出願番号１−１７０１に基づ＜　１９８９年６月２８日の優 先臼を主張する１９９０年６月２２日に出願した出願番号０７１５４１，９５３ の一部継続出願である。

本見肌立分！ 本発明は、一般にはぜん動ポンプ装置に、そして詳しくはぜん動ポンプのための モータ駆動手段に関する。

本主１ｑ！景 患者への静脈輸液の投与はこの技術分野において良く知られている。典型的には 、ガラスまたは可撓性容器中の生理食塩水、グルコースまたは電解質のような溶 液は、ポリ塩化ビニル（ｐｖｃ）のような可撓性プラスチックチューブのある長 さを通って患者の静脈アクセス部位へ供給される。該流体の流量はローラークラ ンプによって制御され、これは所望の流量が得られるまでチューブの内腔を制限 するように調節される。

容器から患者への流れはローラークランプ以外の手段でも調節することができる 。電子的に制御されたポンプの使用が段々普通になりつつある。静脈液投与のた めに使用するポンプの一タイプはぜん動ポンプである。

ぜん動ボンピング作用の使用は医療分野に特に良く通している。

これはぜん動ボンピング作用は静脈液を運ぶチューブの外部で通用できるからで ある。これは液に対し流体推進を与えながらチューブ内の静脈液の無凹状態を維 持する。ぜん動ポンピング作用はチューブのどの点においても適用することがで きる。

医療分野において使用されるぜん動ポンプの普通の一タイプにおいては、駆動モ ータは相互に角度的に間隔を空けられたカム列へ接続される。該カムは対応する 圧力フィンガーへ接続されたカム従動子を駆動する。これらのエレメントは圧力 フィンガーへ線形波動運動を与える。圧力プレートが圧力フィンガーへ並列し、 そして間隔を空けて固定される。圧力プレートは、流体を推進するようにチュー ブへ波形運動を加える往復動圧力フィンガーに対してチューブを保持する。代り に、駆動モータは複数のローラーが流体推進を与えるためチューブを接触する回 転タイプぜん動ポンプを駆動する。圧力プレートはチューブを該ローラーに隣接 して保持する。

ぜん動ポンプの好ましい具体例においては、駆動モータは小さい増分もしくはス テップで回転するステッパモータである。高速度で回転しているステッパモータ は回転がコンスタントであるような肉眼的印象を与えるが、ステッパモータは実 際には小さい角度またはステップのシリーズを回転し、短かい休止期間がそれに 続く。医療分野で使用されるぜん動ポンプに用いられるステッパモータにおいて は、これらの小角度ステップは約０．３６°ないし７．２°の範囲であり、好ま しい具体例においては約１．８’である。これは１回転あたり１０００ないし５ ０のシャフトのステップシリーズを、好ましい具体例では１回転あたり約２００ ステツプを生ずる。

これらの先行技術装置においては、ステッパモータは普通圧力フィンガーもしく はローラーに流体推進力を与えるように駆動される。

そのような装置の欠点は、電池のような大きな電源の使用と限られた注入時間を もたらす多量の電力の使用である。

加えて、通常波形駆動、半ステツプ駆動および全ステップ駆動と呼ばれる異なる 駆動方法が好ましく利用される。これら先行技術においては、これらの異なるス テップ駆動信号がモータトルクの測定を提供するパワー制御の調整を実行するた めに利用し得る唯一の可能な駆動方法であった。

このため、ミクロ注入を含む非常に広範囲の注入速度を提供するような効率的態 様において広範囲のステッピング周波数および新しい発明的変調手段が提供され るぜん動ポンピング装置が望まれる。

さらにぜん動ボンピング装置は、吸収的もしくはひとまとめにしたエレメントを 使用することなくステッパモータを駆動するのに要する電力量を減らすことが望 ましい。なおさらに、ぜん動ボンピング装置はステッパモータに対し必要なパワ ー補償を瞬間的かつ安全に自動的に提供することが望ましいであろう。本発明は そのような装置を提供する。

主主１夙既！ 本発明は、ぜん動ポンプモータへ駆動信号を提供する。与えられた周波数におい て第１のパルスシリーズを発生する第１の回路が設けられる。第１のパルスシリ ーズの周波数より高い周波数を有する第２のパルスシリーズを発生する第２の回 路が設けられる。第１および第２のパルスシリーズの周波数の中間の周波数を有 する第３のパルスシリーズを発生する第３の回路が設けられる。最後に、３種の パルスシリーズを駆動信号に組合わせる回路が設けられる。駆動信号の長さは第 １のパルスシリーズの周波数によって決定される。

さらに駆動信号は、第３のパルスシリーズの周波数によって決定される初期パル ス段階と、そして第２のパルスシリーズの周波数によって決定されるパルスシリ ーズである変調パルス段階との二つの部分に分割される。

本発明の付加的具体例においては、第１のパルスシリーズおよび第２のパルスシ リーズを同期化するための付加的回路手段が設けられる。加えて、第３の回路手 段は第３のパルスシリーズを発生するために第１のパルスシリーズを利用し、そ れによってすべてのパルスの同期化を確実にする。

付加的な好ましい具体例においては、駆動モータのパワー消費をモニターするた めの付加的回路手段が設けられ、該モニタ一手段はマイクロプロセッサ−と連通 にあり、マイクロプロセッサ−は駆動モータのパワー消費の関数として駆動信号 を調Ｍｆする。

Ｎ皿■Ｉ皇ｌ説旦 第１図は、ぜん動ポンプ装置を使用する静脈ポンプセットの斜視図である。

第２図は、ぜん動ボンピング装置の概略図である。

第３図は、本発明の原理に従って製作したぜん動ボンピング装置の作動エレクト ロエックスのブロック図である。

第４図は、本発明の原理に従ったモ・−夕駆動手段の回路図である。

第５図は、本発明の原理に従った変調手段の回路図である。

第６図は、本発明の原理に従った第２の変調手段の回路図である。

第７図は、本発明の原理に従ったパワーモニタ一手段の回路図である。

第８図は、本発明の装置の種々の信号を示すグラフである。

しい　の−Ｉ 第１図は、ポンプと、可撓性容器のような静脈液源を使用する静脈投与セットの 図示である。ポンプ運転メカニズムおよび運転エレクトロエックス（図示せず） を備えたポンプ２０は、静脈液容器２４の支持台としても役立つｒ、ｖ、スタン ド２２上に荷装される。

連続的に投与される生理食塩水のような流体２７を典型的に収容する容器２４は 、やはりスタンド２２から懸垂される。

投与セントｌＯは容器２４からポンプ２０を経由して患者へ流路を提供する。セ ット１０はポリ塩化ビニル（ＰＶ’Ｃ）チューブのような可撓性プラスチックチ ューブ２６の切片を含む。

チューブ２６はその根本端において容器２４の出口ボート３０ヘスパイク（図示 せず）を介して接続された滴下室２日へ接続される。

ローラークランプ３２のようなりランプ手段がポンプ２０と容器２４の間の１点 においてチューブ２６上に配置される。チューブ２６はその先端においてカテー テルまたは針（図示せず）のような静脈アクセス器具へセット１０を接続するた めの手段へ接続されている。

ポンプ２０はぜん動ポンプハードウェアをカバーするヒンジ止めドア３６を含ん でいる。ポンプ２０を準備するため、ドア３６が開かれ、チューブ２６は後で詳 しく記載するぜん動ボンピング装置へ挿入され、ドア３６が閉じられ、そしてポ ンプ２０が始動される。

ポンプ２０ばまた、ドア３６の上辺および下辺（図示せず）に開口３日を備え、 ドア３６が閉じられる時そこを通ってチューブ２６が延びる。第１図に図示した 具体例は二重駆動ゼん動ポンプを含んでいるが、本発明は単一ぜん動ポンプにお いて任意の個数のポンプ駆動の使用を意図する。

第２図を参照すると、ぜん動ボンピング装置の一般的概略図が見られる。駆動モ ータ４２は駆動シャフト４６を介して複数のカム４４ａないし４４ｈへ接続され る。各カム４４は隣接するカムから角度的にずらされている。複数の角度的にず らされたカム４４ａないし４４ｈは駆動シャフト４６と共に回転を可能にするハ ウジング４８内に軸支される。

複数の往復動圧力フィンガー５０ａないしｈが設けられ、その個数はカム４４の 個数に対応する。各圧力フィンガー５０はカム従動子として作用することにより 対応するカム４４と協力し、圧力フィンガー５０を往復駆動する。駆動シャフト ４６の回転運動はこのため複数の往復動圧力フィンガー５０ａｘｈの線状波形運 動に変換される。

圧力フィンガー５０ａ〜ｈに並列して設置された圧力プレート５４が設けられ、 カム軸に対して平行に延びている。チューブ２６は圧力フィンガー５０と圧力プ レート５４の間に収容される。流体推進はカム４４ａ−ｈの角度配向によって与 えられた線状波形運動において圧力フィンガー５０ａ〜ｈがチューブ２６を絞る ことによって実行される。

今や第３図を参照すると、本発明の原理に従った好ましい具体例の概略図が見ら れる。以前に見たように、ハウジング４８中にポンピング機構が設けられる。ボ ンピング機構は駆動シャフト４６を介して駆動モータ４２によって駆動される。

駆動モータ４２は好ましくは１回転あたり２００ステツプと四つのステップサイ クルを持つことができるステッパモータである。ステッパモータ４２はステン手 段６０によって駆動される。駆動手段６０とステッパモータ４２の間にはステッ パモータ４２のパワー消費をモニターするパワーモニタ一手段６２がインターフ ェースする。

駆動手段６０は中央処理袋ｆｆ１（ＣＰＵ）６４からの入力でセットされる。中 央処理装置６４はまたステップクロック６６へも出力し、該クロックの出力は駆 動手段６０へ入力される。ステップクロック６６は、後で詳しく議論するように 駆動手段６０によって利用されるステンブタロック信号ＳＦを発生するための手 段を提供する。

パワーを保存するため駆動信号を変調する変調手段６日も設けられる。変調手段 ６８はデータバス６９上の中央処理装置６４によってセットされる。種々の注入 パラメータがユーザーによってエントリキーボード７０により中央処理装置６４ 中へ入力され、好ましくは注入速度のような情報をディスプレーするためディス プレー７２が設けられる。

第４図を参照すると、モータ位相駆動手段の好ましい具体例が見られる。タイプ ７４ＨＣ７４のような集積チップに具体化することができる一対のエツジトリガ ーフリップフロップディバイダーＵ２２Ａ、Ｕ２２Ｂが設けられる。第１のディ バイダーＵ２２Ａはクロック人力ＣＬとしてタイミング手段のステップクロック ＳＦ出力を有する。第１のディバイダーＵ２２Ａの反転された出力Ｑは該ディバ イダーＵ２２Ａのデータ人力りとそして第２のディバイダーＵ２２Ｂのクロック 人力ＣＬの両方へ接続される。

２Ｂのデータ人力りへ入力される。両方のディバイダーＵ２２Ａ。

Ｕ２２Ｂのプリセラｌ−ＳおよびクリヤＲ入力はパワー？ｆｌｌｖ＋へ接続され る。第１のディバイダーＵ２２Ａの非反転出力ＱはタイプＨＣＴ　１３９　ＩＣ のようなマルチプレキサ−集積チップＵ２３Ａへ第１のセレクト人力Ａを経由し て接続される。第２のセレクトディバイダー０２２Ｂの非反転出力Ｑもマルチプ レキサ−Ｕ２３Ａへ第２のセレクト人力Ｂを介して入力される。ウォッチドッグ 信号ＷＤは、ウォッチドッグ信号ＷＤが高状態になった時モータおよび変調シス テムを安全にディスエーブルするようにマルチブレキサ−Ｕ２３Ａのゲートエネ ーブル人力Ｇｌへ入力される。

マルチプレキサ−出入ＯＡ　＋　＋　ＯＡ　Ｒ、ＯＡ　３　＋　ＯＡ　４は信号 発生手段へ接続される。詳しくは、好ましい具体例においては、マルチブレキサ −出力ＯＡｌは第１のＮＡＮＤゲートＵ２４Ａ、第２のＮＡＮＤゲートＵ２４Ｂ 、および第１のＮＯＲゲートＵ２５Ａへ入力される。

マルチブレキサ−出力Ｏ０は第２のＮＡＮＤゲートＵ２４Ｂ、第３のＮＡＮＤゲ ートＵ２４Ｃおよび第２のＮＯＲゲートＵ２５Ｂへ入力される。マルチブレキサ −出力ＯＡ３は第３のＮＡＮＤゲー）Ｕ２４Ｃ，第４のＮＡＮＤゲートＵ２４Ｄ および第３のＮＯＲゲートＵ２５Ｃへ入力される。マルチプレキサ−出力ＯＡ４ は第１のＮＡＮＤゲートＵ２４Ａおよび第４のＮＡＮＤゲートＵ２４Ｄと、それ に第４のＮＯＲゲートＵ２５Ｄとに入力される。

第１のＮＡＮＤゲートＵ２４Ａの出力は第１のＡＮＤゲートＵ２６Ａへ入力され る。第２のＮＡＮＤゲートＵ２４Ｂの出力は第２のＡＮＤゲートＵ２６Ｂへ入力 される。第３のＮＡＮＤゲートＵ２４Ｃの出力は第３のＡＮＤゲートＵ２６Ｃへ 入力される。第４のＮＡＮＤゲートＵ２４Ｄの出力は第４のＡＮＤゲートＵ２６ Ｄへ入力される。

制御信号Ｃ３は、第１．第２．第３および第４のＮＯＲゲー）ＬＪ２５Ａ、Ｕ２ ５Ｂ、Ｕ２５ＣおよびＵ２５Ｄと、そして第１．第２゜第３および第４＜７）Ａ ＮＤゲートＵ２６Ａ、Ｕ２６Ｂ、Ｕ２６ＣおよびＵ２６Ｄへ入力される。制御信 号はユーザー制御人力Ｍ１およびＡ２によって発生される。入力Ｍｌ、Ｍ２は第 ５のＡＮＤＮＯゲートＵ３へ入力され、また人力Ｍ２はインバーターＵｌ　２Ｄ によって反転され、第６のＡＮＤＮＯゲートＵ３２Ｂ入力される。Ａ、　Ｎ　Ｄ ゲートＵ３２Ａ、Ｕ３２Ｂの出力は第５のＮＯＲゲートＵ　３３　Ａへ入力され 、後者の出力が制御信号Ｃ８を構成する。このため、ＭｌおよびＡ２が高にセッ トされる時、制御信号Ｃ３は低であり、Ｍｌが低でＡ２が高の時、制御信号Ｃ８ は高であり、Ｍｌが高でＡ２が低の時、制御信号Ｃ３はステップクロックＳＦの 逆関数として交番する。

第１のＮＯＲゲートＵ２５Ａおよび第１のＡＮＤゲートＵ２６Ａの出力は第１の ＯＲゲートＵ２７Ａへ入力される。第２のＮＯＲゲートＵ２５Ｂおよび第２のＡ ＮＤＮＯゲートＵ３の出力は第２のＯＲゲートＵ２７Ｂへ入力される。第３のＮ ＯＲゲートＵ２５Ｃおよび第３のＡＮＤＮＯゲートＵ３の出力は第３のＯＲゲー トＵ２７Ｇへ入力される。第４のＮＯＲゲー）Ｕ２５Ｄおよび第４のＡＮＤＮＯ ゲートＵ３の出力は第４のＯＲゲートＵ２７Ｄへ入力される。

第１のＯＲゲートＵ２７Ａの出力は第７のＡＮＤゲートＵ２８Ａへ入力される。

第２のＯＲゲー）Ｕ２７Ｂの出力は第８のＡＮＤＮＯゲートＵ３へ入力される。

第３のＯＲゲートＵ２７Ｃの出力は第９のＡＮＤゲー）Ｕ２８Ｃへ入力される。

第４のＯＲゲートＵ２７Ｄの出力は第１０のＡＮＤゲー）Ｕ２８Ｄへ入力される 。

第７．第８．第９および第１０のＡＮＤゲー）Ｕ２８Ａ、Ｕ２８Ｂ、Ｕ２８Ｃお よびＵ２８Ｄは入力として制御／ディスエーブル信号ＣＭを有する。第７．第８ ．第９および第１，０のＡＮＤゲートＵ２８Ａ、Ｕ２８Ｂ、Ｕ２８ＣおよびＵ２ ８Ｄの出力はそれぞれ駆動信号Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂである。制御／ディスエーブル信 号は入力としてウォッチドッグ信号ＷＤおよび第１の変調信号Ｍ３を有するＮＯ ＲゲートＵ３４Ａによって発生される。ウォッチドッグＷＤがその平常の低状態 にある時、制？！ＩＩ／ディスエーブル信号ＣＭは変調信号Ｍ３の逆関数であり 、また高状態のウォッチドッグ信号ＷＤは低状態制御／ディスエーブル信号ＣＭ をもたらす。このように、高状態ウォッチドッグ信号ＷＤの場合においては、第 ７．第８．第９および第１０のＡＮＤゲートＵ２８Ａ、Ｕ２８Ｂ、Ｕ２８Ｃおよ びＵ２８Ｄはディスエーブル化ネットワークＤＮとして作用する。

最後に、位相選択手段のための位相選択回路が設けられる。好ましい具体例にお いては、位相選択回路手段は、やはりタイプ７４８Ｃ７４でよい第３のディバイ ンダー集積チップＵ２９Ｂを含んでいる。ディバインダーＵ２９Ｂのデータ人力 りおよびプリセット人力Ｓは電源Ｖ＋へ接続される。クロック入力ＣＬはジャン パーＪｌを介してあらかじめ定めた位相ラインへ接続される。非反転出力Ｑは高 転換信号ＳＤであり、これはマイクロプロセッサ−はこのポンプチャンネル上の エンコーダーホイールを読むべきことを知らせるためマイクロプロセッサ−へ入 力される。そのようなエンコーダホイールの一例は本発明と同時に出願され、そ してその開示をここに取入れる「ぜん動ポンプモニタリング装置および方法」と 題する米国換信号ＳＴであり、これは複数のポンプチャンネルのどれか−っ上の エンコーダーホイールの手入れのためマイクロプロセッサ−を中断するためにマ イクロプロセッサ−へ入力される。手入れ後、マイクロプロセッサ−はクリヤ入 力Ｒへ入力されたリセットパルスによってディバイダーＵ２９Ｂをリセットする 。

代替構造として、ジャンパーＪ１を介する位相選択クロック人力ＣＬの検出はマ イクロプロセッサ−単独で行うことができる。その場合は、ジャンパーＪｌは信 号ＯＡ＋へ永久に接続され、そしてマイクロプロセッサ−はエンコーダーホイー ル回転光路が透明になった時の位相ＯＡ＋と真の位相の間の差に等しいステップ の相殺数を選択するであろう。

今や第４図と共に第８図を参照すると、モータ位相駆動手段の作動が記載される であろう。当初、ステップクロック信号ＳＦが第８Ａ図によって示されているよ うに第１のディバイダーＬＩ２２Ａへ提供される。ディバイダーＵ２２Ａは第８ Ｂ図に見られるような分周したステップクロック信号ＳＦを出力する。この信号 はディバイダー０２２Ｂによって再び分周され、第８Ｃ図に見られるような出力 を発生する。

ディバイダーＵ２２ＡおよびＵ２２Ｂからの分周された信号出力はマルチブレキ サ−Ｕ２３Ａへ入力される。マルチブレキサ−Ｕ２３Ａは第８Ｄ図に見られるよ うな４種の信号ＯＡ１．　Ｏａｚ、ＯＡｆｆ＋　ＯＡ４を出力し、そのうちの一 つが位相選択手段へ入力される。

波形駆動もしくは一位相励起モードを提供するため、入力信号ＭｌおよびＡ２は マイクロプロセッサ−によって高にセットされる。

以前に見られたように、これはＮＯＲゲートＵ３３Ａからの制御信号Ｃ５をコン スタントな低出力とする。加えて、ウォッチドッグ信号ＷＤはこの説明に対して は低であると仮定する。

ＡＮＤゲートＵ２６Ａ−Ｕ２６ＤおよびＮＯＲゲートＵ２５Ａ〜Ｕ２５Ｄへ提供 された低ｉ１Ｊ？１１信号ＣＳのとき、ＯＲゲートＵ２７Ａ〜Ｕ２７Ｄへ供給さ れるＡＮＤゲートＵ２６Ａ−Ｕ２６Ｄの出力も低である。それ故マルチブレキサ ー出力ＯＡＩが高の時、ＮＯＲゲートＵ２５Ａへ高信号および低信号が提供され 、こればＯＲゲートＵ２７Ａへ提供されるＮＯＲゲートＵ２５Ａからの出力を低 にし、これはＯＲゲートＵ２７Ａから低の出力をもたらし、それはディスエーブ ル化ネットワークＤＮによって送られ低Ａ出力をもたらす。マルチブレキサ−出 力Ｏａｔが低のとき、低信号と低信号がＮＯＲゲートＵ２５Ａへ提供され、これ はＯＲゲートＵ２７Ａへ提供されるＮＯＲゲートＵ２５Ａから高出力をもたらし 、ＯＲゲートＵ２７Ａから高出力をもたらし、さらに高Ａ出力をもたらす。

同様に、マルチブレキサ−出力ＯＡｔが高のとき、低Ｂ出力をもたらし、マルチ ブレキサ−出力ＯＡｔが低のとき、高Ｂ出力をもたらし、マルチブレキサ−出力 ＯＡ３が高のとき、出力Ｃは低であり、マルチブレキサ−出力ＯＡ３が低のとき 、出力Ｃは高であり、マルチブレキサ−出力ＯＡ４が高のとき、出力りは低であ り、そして出力ＯＡ４が低のとき、出力りは高である。波形駆動または一位相励 起モード出力は第８Ｅ図に見られる。

入力Ｍ１が低にセットされ、人力Ｍ２が高にセットされる時、全ステップ駆動ま たは二相励起モードが提供される。前に見られたように、これはＮＯＲゲートＵ ３３Ａからの制御信号高出力をもたらす。これはまたＮＯＲゲー１−Ｕ２５Ａ− Ｕ２５Ｄから低信号をもたらす。このようにＡＮＤゲートＵ２６Ａ、−ＬＪ２６ ＤおよびＯＲゲートＵ２７Ａ−Ｕ２７Ｄの両方はＮ　Ａ、　Ｎ　ＤゲートＵ２４ Ａ−Ｕ２４Ｄの出力をバスするように作用する。

、二のため、ＮＡＮＤゲートＵ２７Ａにおいて、マルチフ゛レキサー出力０□ま たはＯ４０のどちらかの低出力は高Ａ出力をもたらし、マルチブＩ／キサー出力 Ｏ□およびＯ４０の両方からの高出力は低Ａ出力をもたらす。同様にマルチプレ キサ−出力ＯＡＩまたは０．２からの低出力は高Ｂ出力をもたらし、高いＯＡＩ またはＯＡｚ出力は低Ｂ出力をもたらし、低い０□または０Ａｆｆ出力は高Ａ出 力をもたらし、高い０１またはＯ０出力は低Ａ出力をもたらし、低いＯＡＩまた はＯＡ４出力は高Ｂ出力をもたらし、高い０Ａｆｆまたは０□出力は低Ｂ出力を もたらす。全ステップ駆動または二位相出励起モード出力は第８Ｆ図に見られる 。

入力Ｍ１が高にセットされ、入力Ｍ２が低にセットされる時、半ステツプ駆動も しくは一二相励起モードが提供される。以前に見られたように、これはＮＯＲゲ ートＵ３３Ａからの１ｉｌＩｉＢ信号Ｃ５をステップクロツタ出力ＳＦの反転に もたらす。

このため半ステツプ駆動モードにおいては、ＯＡ　ｌが低であり、Ｏａｔ〜ＯＡ ４が高のとき、ＮＡＮＤゲートＵ２４ＡはＡＮＤゲートＵ２６Ａへ高信号を出力 し、ＮＡＮＤゲートＵ２４ＢはＡ、ＮＤゲートＵ２６Ｂへ高信号を出力し、ＮＡ ＮＤゲー）Ｕ２４ＣはＡＮＤＮＯゲートＵ３へ低信号を出力し、そしてＮＡＮＤ ゲートＵ２４ＤはＡＮＤゲー）Ｕ２６Ｄへ低信号を出力する。ＡＮＤゲートＵ２ ６ＡおよびＵ２６Ｂは反転したステップクロック信号または制御信号Ｃ５をＯＲ ゲートＵ２７ＡおよびＵ２７Ｂへバスするように作用し、他方ＡＮＤゲートＵ２ ６ＣおよびＵ２６Ｄは低信号をＯＲゲートＵ２７ＣおよびＵ　２７　Ｄへ供給す る。ＮＯＲゲー１−Ｕ２５Ａへ供給された低信号ＯＡＩは制御信号Ｃ３を反転す るように作用し、もとの位相のステップクロック信号ＳＦがＯＲゲートＵ２７Ａ へ供給されることをもたらし、ＮＯＲゲートＵ２５Ｂ−Ｕ２５Ｄへ供給される信 号ＯＡよ。

ＯＡＩおよびＯ４０はＯＲゲートＵ２７Ｂ、−Ｕ２７Ｄへ供給される低信号をも たらす。

ＯＲゲートＵ２７ＡへはＮＯＲゲートＵ２５Ａを経てステップクロック信号ＳＦ と、ＡＮＤゲートＵ２６Ａを経て制御信号Ｃ３の両方が人力され、高Ａ信号をも たらす。同様に、出力信号ＢはＮＯＲゲートＵ２５Ｂからの低信号およびＡＮＤ ゲー）Ｕ２６Ｂからの反転したステップクロック信号を供給されるＯＲゲートＵ ２７Ｂの出力からもたらされる。信号ＡおよびＢはＯＲゲートＵ２７ＣおよびＵ ２７Ｄへ供給される低信号の結果低である。　・ＯＡＩが高になり、ＯＡＩが低 になり、ＯａＳおよびＯ４０が高である時、ＮＡＮＤゲートＵ２４ＡおよびＵ２ ４ＤはＡＮＤゲートＵ２６ＡおよびＵ２６Ｄへ低信号を供給し、それらはＯＲゲ ートＵ２７ＡおよびＵ２７Ｄへ送られる。ＮＡＮＤゲートＵ２４Ｂおよび０２４ ＣはＡＮＤゲートＵ２６ＢおよびＵ２６Ｃへ高信号を出力し、それらはその時反 転したステップクロックもしくは制御信号Ｃ３をＯＲゲー）Ｕ２７ＢおよびＵ２ ７Ｃヘバスするように作用する。ＮＯＲゲー）Ｕ２５Ｂへ供給された低信号０＾ ２は制御信号Ｃ３を反転させるように作用し、もとの位相のステップクロック信 号をもたらし、他方ＮＯＲゲートＵ２５Ａ、Ｕ２５Ｃ，Ｕ２５Ｄへ供給された高 信号はＯＲゲートＵ２７Ａ、Ｕ２７ＣおよびＵ２７Ｄへ供給される低信号をもた らす。

このようにＯＲゲート［Ｊ　２７　ＡおよびＵ２７Ｄは二つの低信号を受取り、 出力λおよび石を低にもたらす。ＯＲゲートＵ２７ＢはＮＯＲゲートＵ２５Ｂを 介してステップクロック信号ＳＦと、そしてＡＮＤゲートＵ２６Ｂを介して制御 信号Ｏ３の両方を入力され、高Ｂ出力をもたらし、他方出力信号Ａは低信号とＡ ＮＤゲートＵ２６Ｂからの反転したステップクロ・ンクもしくは制御信号Ｃ３を 入力されるＯＲゲートＵ２７Ｃの出力からもたらされる。

この同じパターンは残りの位相出力についても繰返され、発生する半ステツプ駆 動信号出力は第８Ｅ図に見られる。

今や第５図を参照すると、第１の変調信号および複合変調信号発生のための回路 手段の好ましい具体例が見られる。タイプ７４ＨＣ７４のような集積チップに具 体化することができるエッジトリガフリンブフロ・ンブデイバイダーＵ２９Ａと 、タイプ７４ＨＣ１９１のような集積チップに具体化できる同期２進カウンター Ｕ３８が設けられる。

ステップクロックＳＦはディバイダーＵ２９Ａクロツク入力ＣＬへの入力として 設けられる。マイクロプロセンサーから発生するエネーブルパルスオン／オフ信 号ＰＯＦは変調を可能化または不能化する目的でディバイダーＵ２９Ａのデータ 入力へ入力される。ディバイダーＵ２９Ａの非反転出力Ｑはエネーブル人力Ｇへ 入力され、ディバイダーＵ２９Ａの反転出力ＱはカウンターＵ３８のロード入力 しへ入力される。

二次クロック信号ＴはカウンターＵ３８のクロック入力ＣＬへ入力される。カウ ンター出力Ｑ、はインバーターＵ１７Ｆによって反転され、反転されたその出力 はディバイダー０２９Ａのプリセット人力Ｓへ入力される。ディバイダーＵ２９ Ａのリセット人力Ｒは電＠Ｖ＋へ接続され、カウンターＵ３８のアップ／ダウン 選択ピン５はアップカウンティングを選択するように接地される。カウンターは カウンター選択人力り、〜Ｄｏを介してセットされる。第１の変調信号Ｍ３Ａで あるディバイダーＵ２９Ａの非反転出力ＱはＡＮＤゲートＵ５０へ入力される。

第２の変調信号Ｍ４もＡＮＤゲートＵ５０へ入力される。ＡＮＤゲートＵ５０の 出力は複合変調信号Ｍ３であり、これは以前記載したようにモータ駆動手段へ入 力され、そして記載した両方の変調手段の複合である。

作動において、エネーブルパルスオン／オフ信号ＰＯＦはもし低であればディバ イダーＵ２９Ａを可能化し、もし高であればディバイダーＵ２９Ａを不能化する 。もし可能化されれば、ステップクロックＳＦが高になった時、非反転出力Ｑは 低になり、ＡＮＤゲートＵ５０へ低信号を供給し、他方反転出力Ｑば高になる。

これはカウンターＵ３８による、入力ＤＡ、ＤＢおよびＤＣによってセントされ たプリセット数０〜７から８への二次クロック人力Ｔのカウンティングを開始さ せる。８に達した時、カウンター出力Ｑ、は低になり、該信号はインバーターＵ １７Ｆによって高へ反転され、ディバイダーＵ２９Ａのセット入力へ入力される 。これは非反転出力Ｑを高にし、ＡＮＤゲートＵ５０へ高信号を供給する。ディ バイダーＵ２９Ａの非反転出力は第１の変調信号Ｍ３Ａであり、このため第８Ｈ 図に見られるような反転パルス信号である。もし第２の変調信号Ｍ４も高であれ ば、高複合変調信号Ｍ３が駆動パルス手段へ供給さＢに截頭パルスをもたらす。

この作動は次のステップパルスが発生するときそれ自体で反復する。第１の変調 手段はモータを次のステップ位置に整合させるのに十分なパワーとトルクを提供 する。

今や第６図を参照すると、ステップクロック信号および第２の変調回路手段Ｍ４ を発生するための回路手段の好ましい具体例が見られる。

タイプＨＣＴ１．３９のような集積チップに具体化することができるマルチブレ キサ−Ｕ２３Ｂが設けられる。マルチブレキサ−Ｕ２３Ｂは入力Ａ、Ｂとしてユ ーザー発生制御信号ｓ１およびｓ２を有する。ウォッチドッグ信号ＷＤは第３の マルチブレキサ−Ｕ２３Ｂ可能化人力Ｇとして設けられる。ウォッチドッグ信号 ＷＤが高のとき、変調システムは安全に不能化される。

マルチブレキサ−出力０□１は第１のＮＯＲＯＲゲートＵ３１入力され、マルチ ブレキサ−出力ｏｍｚは第２のＮＯＲゲートＵ３０Ｂへ入力され、マルチブレキ サ−出力０１１３は第３のＮＯＲゲ−１−ｔＪ３０Ｃへ入力される。三つの外部 クロック信号Ｔｌ、Ｔ２．Ｔ３は装置の作動の非常に広いステップ周波数範囲を セントするために提供される。クロック信号Ｔ１はＮＯＲゲートＵ３０Ａへ入力 され、クロック信号Ｔ２はＮＯＲゲートＵ３０Ｂへ入力され、クロック信号Ｔ３ はＮＯＲゲートＵ３０Ｃへ入力される。

ＮＯＲゲート０３０ＢおよびＵ３０Ｃの出力はＯＲゲートｔＪ３１Ｂへ入力され る。ＯＲゲートＵ３１Ｂの出力はＮＯＲゲートＵ３０Ａの出力と共に第２のＯＲ ゲートＵ３１Ａへ入力される。ＯＲゲートＵ３１．Ａの出力はカウンタ一手段へ 入力される。

好ましい具体例においては、３個のカウンターを有するプログマラブルタイマー モジュールＰＴＭ、タイプ８２Ｃ５４がカウンタ一手段として用いられる。一つ のカウンターはステップクロック信号ＳＦの発生のために使用され、一つのカウ ンターは第２の変調手段のために使用され、そして最後のカウンターは例えばこ の分野で既知の閉塞検出のために使用される。

そのような状態でＯＲゲートＵ３１Ａ出力はＰＴＣクロック入力２　Ｃ２へ入力 される。ウォッチドッグ信号ＷＤが低状態にある時、入力信号Ｓ１およびＳ２は マルチブレキサ−０２３Ｂと共に人力Ｃ２においてカウンターＰＴＭへ入力ずべ き外部クロック入力から所望の周波数を選択する。カウンターＰＴＭはこの分野 で既知のようにＰＴＭデータ入力ＤＯ＝Ｄ７においてマイクロプロセッサ−６４ からデータバス８０を経由して提供される入力によってセットされる。好ましい 具体例においては、カリフォルニア州すンタクララ、。

サント−マスエキスプレスウェイ２８４０−１００．マドラハリス、セミコンダ クター、コーポレーションから入手し得るタイプ８００３２マイクロプロセッサ −がマイクロプロセッサ−６４として使用される。クロック人力Ｃ２はこのため カウンターＰＴＭ中においてあらかじめ定めた数によって割算され、マイクロプ ロセッサ−によってロードされ、そしてステップクロックＳＦとしてカウンター ＰＴＭ第２出力Ｄ２において出力される。

ステップクロック出力は同期化手段へ入力される。好ましい具体例においては、 この手段はディバイダー集積回路４０１３を含んでいる。ステップクロックはデ ィバイダー４０１３のクロック入力ＣＬへ入力される。ディバイダー４０１３の 反転出力Ｑはデータ人力りへ供給され、クリヤ入力Ｒは接地される。プリセット 人力Ｓは同期クロック信号ＴＳへ接続され、これはカウンターＰＴＭ第１クロッ ク人力ＣＩへも入力される。ディバイダー非反転出力ＱはカウンターＰＴＭ第１ ゲート人力Ｇ１へ入力される。

作動において、ステップクロックＳＦが高になる時、同期クロック信号ＴＳの１ サイクルがもっと高い周波数においてディバイダー４０１３によってカウンター ｌのゲート人力Ｇ１ヘバスされる。

非常に狭い負のパルスとして出現するこのパルス入力は、マイクロプロセッサ− が選択したカウントにおいてカウンターＰＴＭ第１クロック入カラインＣ１のカ ウントを開始する。あらかじめプログラムしたカウントが終了する時、カウンタ ーＰＴＭ第１出力ＯｉはＮＯＲゲートＵ３３Ｂにおいて矩形波を発生するように あらかじめ定めたように選択される。ＮＯＲゲートＵ３３Ｂ出力における反転矩 形波は第２の変調信号Ｍ４である。第２の変調信号Ｍ４の目的は、モータがその 現在のステップした状態を保持するようにトルクを提供し、減衰されない振動が 発生するのを防止するためである。

第２の変調信号Ｍ４は第８Ｈ図に見られる。同期信号は、ステラ　・２１周波数 および第２の変調信号の両方が位相にあり、そしてステップ周波数ＳＦおよび第 ２の同調信号Ｍ４が４つのモータ位相のどれにおいてもパワーインバランスを発 生しないことを確実にする。これはモータ可聴ノイズを減らすのに重要である。

今や第５．６および８図を参照し、変調回路の作動を説明しよう。

第２の変調信号Ｍ４は、ディバイダーＵ２９Ａの非反転出力Ｑもしくは第１の変 調信号Ｍ３Ａと共にＡＮＤゲー）Ｕ３Ｏへ供給される。

このため複合変調信号Ｍ３はＡＮＤＮＯゲートＵ３出力である。第１の変調信号 Ｍ３Ａおよび複合変調信号Ｍ３は第８Ｈ図に見ることができる。

複合変調信号Ｍ３は、第４図に見られるように、ＮＯＲゲートＵ３４Ａへ入力さ れるように駆動パルス手段へ供給される。ウォッチドッグ信号ＷＤが低である時 、ＮＯＲゲートＵ３４Ａは複合変調信号を反転し、ディスエーブルネットワーク ＤＮへ制御／ディスエーブル信号ＣＭを供給し、第８図に見られるように当初持 続された駆動パルスを有する截頭駆動パルスを出力Ａ、Ｂ、　Ａ、Ｂにもたらす 。

もしドッグウォッチ信号ＷＤが高であれば、どの他の入力に関係な（位相信号Ａ 、Ｂ、Ａ、Ｂはずべて低である。

第７図を参照すると、パワーモニタ一手段の好ましい具体例が見られる。駆動信 号Ａ、Ｂ、Ａ、Ｂはモトローラ１２ＮＯ８タイプでよいそれぞれの電界効果トラ ンジスタＥＦＴＩ〜ＥＦＴ４のゲートへ入力され、ＦＥＴＩ〜ＦＥＴ４のドレー ンはタイプオリエンタルＰＸ２４５モータへ入力される。電界効果トランジスタ ＦＥＴＩ〜ＦＥＴ４の共通のソース接続２と接地との間に低値抵抗器Ｒ１が設置 される。

電界効果トランジスタＥＦＴＩ〜ＥＦＴＡの共通のソースコネクター２と抵抗器 Ｒ１の合流は抵抗器Ｒ２を通って増幅器Ａ１の反転入力へ供給される。増幅器Ａ ＩのＤＣオフセットバランスは可変抵抗器Ｒ６を介してセントされ、増幅器Ａ１ の大よその利得は抵抗器Ｒ５対抵抗器２の比によってセットされる。モトローラ タイプＭＣ３３１７１のような増幅器の非反転入力は分圧抵抗器Ｒ３，Ｒ４によ ってｔ＃Ｖ＋へ接続される。増幅器Ａ１の出力はキャパシタＣ１およびブリッジ 抵抗器Ｒ５を介して反転入力へフィードバックされ、マイクロプロセッサ−６４ またはそしてナシジナルＡＤＣ０８４８もしくは日立６３１４０のような周辺集 積回路の一部として含まれることができるアナログ／デジタル変換器へも供給さ れる。

このため、抵抗器Ｒ１において見られるフィードバック電圧は増幅器ＡＩによっ て増幅され、信号をアナログ／デジタル変換器へ提供する前にフィルターされる 。アナログ／デジタル変換器はモータと、そしてもしモータが不都合もしくは非 安全に反応すれば、モータ△、のパワーを調節する。このシステムはそれ自身の 効率および電池寿命をモニターすることもでき、そして調節を行うことができる 。

ここに記載した好ましい具体例に対し種々の変更および修飾が当業者には自明で あることを理解すべきである。例えば、それらの原理は回転型ぜん動ポンプにも 応用することができる。そのような変更および修飾は本発明の精神および範囲か ら逸脱することなく、そしてその付随する利益を減することなく行うことができ る。特に、パルス幅変調および周波数変調の両方は、当業者には自明な制御ソフ トウェアへ調節することによって代替的に可能となし得る本発明の一部として見 込まれる駆動モードである。それ故、そのような変更および修飾は請求の範囲に よってカバーされることを意図する。

ＦＩＧ、１ ＦＩＧ、８ａ ＦＩＧ、８ｂ ＦＩＧ、８ｃ ＦＩＧ、　８ｄ ＦＩＧ、８ｅ ＦＩＧ、８ｆ ＦＩＧ、８９ ３Ａ Ｍ４　１ Ｍ ＦＩＧ、８ｈ 国際調査報告

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．与えられた周波数において第１のパルスシリーズを発生するための第１の回 路手段と、 第１のパルスシリーズの周波数より高い周波数を有する第２のパルスシリーズを 発生するための第２の回路手段と、第１のパルスシリーズの周波数と第２のパル スシリーズの周波数の間の周波数を有する第３のパルスシリーズを発生するため の第３の回路手段と、 第１，第２および第３の信号を組合わせ、駆動信号を発生するための回路手段に して、駆動信号の長さは第１のパルスシリーズの周波数によって決定され、駆動 信号はその長さが第３のパルスシリーズの周波数によって決定される初期パルス 段階を含み、駆動信号の長さの残りは第２のパルスシリーズの周波数と同じ周波 数のパルスシリーズである、駆動信号発生のための回路手段を傭えていることを 特徴とするモータを駆動する駆動信号を変調するための装置。
2. ２．前記第１のパルスシリーズはステップクロック信号である請求項１の装置。
3. ３．ステップクロック信号を発生するための第１の回路手段は、その入力が外部 クロック信号であり、その出力がステップクロック信号であるディバイダー手段 を含んでいる請求項１の装置。
4. ４．前記第２のパルスシリーズを発生するための第２の回路手段はカウンターを 含んでいる請求項１の装置。
5. ５．前記第３のパルスシリーズを発生するための第３の回路手段はカウンター手 段と連通しているディバイダー手段を含み、該ディバイダー手段は入力として前 記第１のパルスシリーズを持っている請求項１の装置。
6. ６．第１のパルスシリーズおよび第２のパルスシリーズを同期化するための回路 手段をさらに備えている請求項１の装置。
7. ７．前記同期化回路手段は入力として前記第１のパルスシリーズを有するディバ イダーを備えている請求項６の装置。
8. ８．駆動モータのパワー消費をモニターするための回路手段をさらに備えている 請求項１の装置。
9. ９．駆動モータのパワー消費をモニターするための回路手段は、駆動信号と駆動 モータの間に接続されたトランジスタ手段と、トランジスタ手段と接地の間に接 続された抵抗手段と、トランジスタ手段と抵抗手段の合流点へ接続された入力お よびマイクロプロセッサーへ接続された出力を有する増幅手段にして、増幅手段 は抵抗手段を横切る電圧を増幅し、マイクロプロセッサーは抵抗手段を横切る電 圧の関数として駆動信号を調節する、増幅手段 を備えている請求項８の装置。