JPH07312892A

JPH07312892A - ポンプモータ制御装置

Info

Publication number: JPH07312892A
Application number: JP7005732A
Authority: JP
Inventors: Keith E Chipperfield; イーチッパーフィールドキース
Original assignee: Micropump Corp
Current assignee: Micropump Corp
Priority date: 1994-01-18
Filing date: 1995-01-18
Publication date: 1995-11-28
Also published as: EP0664603A1; CA2139898A1

Abstract

(57)【要約】【目的】ボンプモータ速度をポンプの入口と出口にお
ける流体圧力に無関係するためのポンプモータ制御装置
20を提供する。【構成】このポンプモータ制御装置20はモータ速度を
感知してそれを基準入力と比較する。モータ速度が基準
入力と異なる場合には、駆動回路26がモータ速度と基準
入力との間の差に関する信号を受信してモータ速度が基
準入力に収斂するようにモータ速度を増大又は低減す
る。この駆動回路26は、ポンプモータを加速するための
正整流と該モータを制動するための逆整流とを用いるこ
とにより、モータ速度を制御する。このポンプモータ制
御装置20は、基準入力40がしきい値の下に低下した場合
に、逆整流を開始することによりモータを停止するよう
に動作できる、周波数弁別器28をも提供する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般的にはポンプ駆動
システムに用いられるモータ制御装置に関するもので、
もっと詳細にはブラシレス直流モータにおけるポンプモ
ータ速度を制御するためにフィードバックを使用するポ
ンプモータ制御装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】電動ポンプは典型的に、ポンプモータの
速度を制御することにより、ポンプを通る流れの速度を
制御するためのポンプ駆動システムを含んでいる。ポン
プの厳密な制御を維持することが多くの応用ににおいて
重要であるのに、外部圧力がポンプ性能を低下させ得
る。詳細に言えば、ポンプへの入口における流体により
及ぼされる圧力が「タービニング」として知られる現象
で所望の速度よりも速くポンプモータが実際に回転する
ことを強いる。ポンプ出口における負の圧力もタービニ
ングを起こし得て、そのポンプを通る流体の流れの制御
の喪失となる。それ故にポンプ動作をポンプの入口と出
口とにおける流体圧力に無関係にするポンプモータ制御
装置を開発することが望ましい。

【０００３】タービニングを制御するための一つの方法
は、モータ速度への流体圧力の影響を低下させるために
制動回路を使用することである。ポンプを駆動するため
にブラシレスモータを使用するシステムに対しては、制
動はモータの整流を中断することによるか、又はモータ
巻線へ低電気インピーダンスを与えることによるかのい
ずれかで達成され得る。

【０００４】ブラシレス直流モータにおける整流は回転
子に回転子を回転させる磁気力を及ぼすためにそのモー
タの固定子に回転磁界を創造することから成っている。
この回転磁界は固定子内に配設された巻線へ電流を順次
に与えることにより確立される。モータの整流が中断さ
れた場合に、電流が固定子内の単一対の巻線のみへ与え
られる。回転子が固定子の磁界とそれ自身並ぼうとする
ので、巻線のその対により発生される磁界が回転子を制
動する。

【０００５】制動技術としては、モータ内で中断される
整流は高トルク脈動を生じ、且つ充分な量の電流を必要
とする欠点を有する。トルク脈動は回転子が変化する強
度と方向とを有する磁界を通過するときに回転子へ加え
られるトルクの動揺である。回転子が単一対の巻線によ
り確立された磁界を通過し、それが回転子の慣性に反対
して単一の位置へ回転子を強制しようとするので、整流
が中断されている間はトルク脈動が非常にはっきりす
る。その結果、モータは円滑には回転せずに、むしろ波
打ち、ポンプを通るむらのある流れを生じ且つモータ構
成要素に加えられる応力を生じる。中断される整流はポ
ンプ駆動の効率を低減する付加的な電流をも必要とす
る。これらの欠点のせいで、中断される整流はタービニ
ング問題を適切に取り扱わない。

【０００６】タービニングを制御するためにポンプモー
タを制動するもう一つの方法は、固定子の巻線へ低電気
インピーダンスを与える、言い換えれば「短絡する」こ
とである。固定子巻線を短絡することは、回転子の運動
に抵抗する、固定子内に対向する磁界を確立する効果を
有する。回転している回転子は短絡された巻線内に流れ
るような電流を誘起し、この電流から発生する磁界が回
転している回転子の磁界に対抗する。エネルギーが固定
子コイルの抵抗において消費されるので、固定子内に誘
起された電流がモータに発熱させる。

【０００７】固定子巻線を短絡することによりモータ速
度を制御することは、幾つかの欠点を有している。第１
に、固定子内の熱を消散するための付加的なヒートシン
クを必要とする。第２に、固定子巻線を横切る低インピ
ーダンス通路を与えるために高価な電力スイッチを必要
とする。最後に、ある圧力条件の下では、固定子巻線の
有限のインピーダンスのためにモータ速度の制御を維持
するために必要な制動の度合いを与え得ない。巻線へ低
インピーダンスを与えることも、それ故に、タービニン
グ問題を適切に扱うことに同様に失敗する。

【０００８】更に、タービニング問題を最小化するため
にポンプモータを単純に制動することは、モータ速度、
及び従ってポンプ動作をポンプへの外部圧力に無関係に
する最終目的を達成しない。それ故に、タービニングを
もっと効果的に防止し、且つもっと厳密なモータ速度制
御をするポンプモータ制御装置が必要である。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】もっと効果的にタービ
ニング問題を扱い、且つそれにより前述の制動方法の欠
点を打破するボンプモータ制御装置を提供することが本
発明の目的である。

【００１０】本発明のもう一つの目的は、ポンプ動作を
ポンプへの外部圧力に無関係にするポンプモータ制御装
置を提供することである。

【００１１】本発明の更にもう一つの目的は、ポンプの
圧力に無関係な、制御周波数に基づいたモータ速度の直
接制御を考慮したポンプモータ制御装置を提供すること
である。

【００１２】

【課題を解決するための手段】これらの目的を達成する
ために、本発明はポンプへの外部圧力に無関係にポンプ
モータ速度を維持するためのフィードバックループを含
んでいるポンプモータ制御装置を提供する。本発明によ
るポンプモータ制御装置は、整流センサと、比較器と、
及び駆動回路とを含んでいる。この整流センサはモータ
速度を決定するためと、モータの整流を容易にするため
に、回転子の位置を感知する。その整流センサと基準入
力とへ結合された比較器は、ポンプモータ速度と基準入
力との間の差に基づいた出力信号を発生する。駆動回路
が比較器の出力信号を受信し、その出力信号に与えられ
た情報に依存して正又は逆にポンプモータを駆動する。
その出力信号の電圧のような情報から、駆動回路が、正
又は逆にモータの整流の方向と、整流のためにモータへ
供給されるべき電流の量とを決定する。要するに、この
ポンプモータ制御装置が、基準入力をモータ速度に対し
て比較し、従ってモータ速度を調節することにより、モ
ータ速度が基準入力をたどることを強いる。

【００１３】このポンプモータ制御装置は、モータ速度
を低減し且つタービニング効果を打ち消すために逆整流
を使用する。モータ速度が基準入力を超過した場合に、
所望の速度が達成されるまで駆動回路が逆にボンプモー
タを整流する。逆整流がトルク脈動を最小化し、中断さ
れる整流よりも少ない電力を消費する。更にその上、逆
整流は制動を達成するために固定子巻線を短絡する技術
が必要とするような高価な電力スイッチ又は高価なヒー
トシンクを必要としない。その結果、本発明によるポン
プモータ制御装置は、従来の制動技術の欠点無しに優良
なモータ制御を提供する。

【００１４】このポンプモータ制御装置は、基準入力が
しきい値の下に低下した場合に、ポンプモータを停止す
るための周波数弁別器を含んでもよい。ある種のブラシ
レスモータ応用においては、回転子の低慣性とトルク脈
動とによる不安定な動作のせいで、低周波数においては
モータを停止することが望ましい。本発明の一実施例に
よる周波数弁別器は、基準入力がしきい値の下に低下し
た場合を検出し、ポンプモータの逆整流を与えるために
駆動回路を活性化する。この時、モータが逆に運転して
いる場合に逆整流を抑制するために、逆転検出器は整流
センサと駆動回路とへ結合される。かくして、ポンプモ
ータの動作が許容できない低速度でモータが動作するの
を防止することにより、周波数弁別器がポンプ動作を改
善する。

【００１５】本発明の別の利点と特徴とは、以下の記載
と添付の図面とからこの技術に熟達した人々には明らか
になるであろう。

【００１６】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるポンプモータ
制御装置20のブロック線図を図解している。ポンプモー
タ制御装置のこの実施例は、以下の一次構成要素、すな
わち、１）位相ロックループ回路22、２）駆動回路24と切換モードモータ駆動器26、３）周波数弁別器28、４）整流センサ30、及び５）逆転検出器32、を含んでいる。

【００１７】この位相ロックループ22は、電圧制御発振
器(VCO) 34と、位相比較器36と、及びループフィルタ38
とを含んでいる。位相ロクループ回路22は、基準入力40
をモータ回転出力42と比較し、且つポンプモータ速度と
基準入力40との間の差に関連する出力信号を与える機能
を具えている。その出力信号44は、駆動回路がポンプモ
ータへ正の整流を供給しなければならないか、あるいは
逆の整流を供給しなければならないかを指示し、且つま
た整流のために供給されるべき電流の量を指示する。こ
の実施例においては、出力信号44はループフィルタ38に
より直流電圧へ変換される切換出力電圧である。代わり
に、出力信号は電流、周波数、その他の形態でモータ速
度に関する情報をは運んでもよい。この情報の形態に無
関係に、駆動回路24がその情報を解釈し、必要な通りに
正又は逆にポンプモータを駆動する。

【００１８】基準入力は、電圧入力の大きさに基づいて
ポンプモータ速度を制御するための電圧入力46か、ある
いは方形波入力の周波数に基づいてモータ速度を制御す
るための周波数入力48かのいずれかである。最初の例で
は、電圧制御発振器34が電圧入力46を電圧の大きさに比
例する周波数を有する振動するディジタル信号に変換す
る。後者の例では、周波数入力48はモータの毎分回転数
に対して制御周波数により直接制御されると認める。こ
の実施例においては、周波数入力48はモータ速度を制御
するために用いられる入力周波数の範囲を増大するため
に二十分周回路50により調節される。この二十分周回路
により、モータの毎分回転数は以下にもっと詳細に説明
されるブラシレス直流モータの特定の形態に対して、４
で分周された入力周波数に等しい。

【００１９】位相ロックループ回路は電圧又は周波数入
力を選択するための手段52を含んでいる。この実施例で
は、電圧又は周波数入力が他方が無い時は一方を与える
ことにより単純に選択される。しかしながら、このポン
プモータ制御装置は電圧入力46又は周波数入力48制御信
号のような少なくとも一つの入力制御信号から基準入力
40を選択するために、位相ロックループ回路の一部とし
てか又は１個又は複数個の個別の構成成分としてかのい
ずれかの切換回路を含んでもよい。

【００２０】位相比較器36への入力は基準入力40と整流
センサ30によりポンプモータからフィードバックされる
モータ回転出力42とである。位相比較器36がモータ回転
出力42の位相を基準入力40と比較し、基準入力の位相が
モータ回転出力42の位相より進んでいる場合には、比較
器出力信号44を高に駆動する。逆に、基準入力40がモー
タ回転出力42の位相より遅れている場合には、位相比較
器36が比較器出力信号44を低に駆動する。その後ループ
フィルタ38が駆動回路24へ安定した直流電圧54を与える
ために位相比較器の切換出力電圧44を濾過する。

【００２１】位相ロックループ回路22が、ポンプモータ
速度が基準入力40により運ばれた所望の速度をたどるよ
うに、ポンプモータのフィードバック制御を与える。本
発明はポンプモータ速度のフィードバック制御のために
位相ロックループ回路の使用を特に必要としないことは
理解されねばならない。周波数ロックループ回路、又は
電圧に基づくフィードバック制御ループを含んで、だが
それに限定されずに、その他の種類のフィードバック制
御が用いられてもよい。前者の例では、周波数ロックル
ープ回路がモータ回転出力周波数を基準入力周波数と比
較する。後者の例では、電圧比較器が電圧に変換された
モータ回転出力を基準入力電圧と比較する。各場合にお
いて、比較器がモータ速度と基準入力との比較に基づい
て駆動回路へ出力信号を与える。

【００２２】この実施例においては、ループフィルタ38
の出力電圧54のレベルが、モータ速度を基準入力40に収
斂させるために、モータ速度が増大されねばならないか
又は低減されねばならないかを反映する。モータ速度が
基準入力よりも小さい場合には、出力電圧54は３〜６ボ
ルトに広がり、モータ速度が基準入力40を超過する場合
には、出力電圧54は０〜３ボルトに広がる。３〜６ボル
トに増大する出力電圧は増大する正駆動を意味し、且つ
逆に、３〜０ボルトに低減する出力電圧は増大する逆駆
動を意味する。

【００２３】ループフィルタ38の出力へ結合された駆動
回路24は、ループフィルタ38から出力電圧54を受信し、
切換モードモータ駆動器へ制御電圧56と正／逆駆動方向
信号58との双方を与える。駆動回路24はバッファ60と、
正駆動増幅器62と、逆駆動増幅器64と、及び比較器66と
を含んでいる。バッファ60がループフィルタ38から出力
電圧54を受信し、ループフィルタの負荷を防止し、駆動
増幅器62, 64, 66に対して絶縁を与えるように働く。出
力電圧54が３ボルトを超過した場合には、正駆動増幅器
62が０から約５ボルトまでに広がる制御電圧56を発生す
る。同様に、出力電圧54が３ボルトより下である場合に
は、逆駆動増幅器64が０から約５ボルトまでに広がる制
御電圧56を発生する。正駆動と逆駆動との場合に、駆動
電圧56はループフィルタ38の出力電圧54と３ボルトとの
間の差の絶対値に比例している。駆動回路24の比較器66
が出力電圧54を３ボルト基準と比較し、それで正又は逆
駆動を指定する正／逆駆動方向信号58を与える。この実
施例においては、この正／逆駆動方向信号は、正駆動を
表す論理高信号か、又は逆駆動を表す論理低信号かのい
ずれかである。

【００２４】切換モードモータ駆動器26は駆動回路24と
整流センサ30とへ結合されている。駆動回路24は切換モ
ードモータ駆動器26へ直流制御電圧56と正／逆駆動方向
信号58とを与える。これに応答して、その制御電圧に比
例した速度で正又は逆に直流ブラシレスモータを整流す
るために、コイル１，２，及び３（70, 72, 74）へ切換
モードモータ駆動器26が電流を与える。整流を制御する
ために、切換モードモータ駆動器26はポンプモータの固
定子のコイル１，２，及び３（70, 72, 74）を選択的に
付勢するための電子切換を使用する。

【００２５】ポンプモータ制御装置20は三相ブラシレス
直流モータ用に設計されているが、特定の形態のブラシ
レス直流モータが本発明に対して決定的ではない。ポン
プモータの形態での変動は双極性駆動又は単一極駆動の
いずれを含んでもよく、回転子磁石は２極、４極又はそ
れ以上の極を有し、且つ固定子は固定子コイル（70,72,
74）が上に巻かれているあらゆる数の固定子歯を有し
てもよい。双極性駆動は電流が固定子コイルへ双方向に
加えられることを許容し、且つ従って、より多くのトル
クを発生するために同時にコイルの対を付勢するのに特
に有益である。回転子での極の数と固定子歯の数とを増
大することは、トルク脈動を低減することによりモータ
の性能をも改善できる。

【００２６】特にポンプモータ制御装置20と共に用いら
れるべきモータ形態は、双極性駆動による三相ブラシレ
ス直流モータである。固定子は３個の固定子コイルを取
り付けるための６個の歯を含んでいる。これらのコイル
は半分に分割されて、 180°離れて配置された２個の固
定子歯上に各々取り付けられている。最後に、回転子は
４極を有する永久磁石を含んでいる。モータ軸受とポン
プ内のシールに対する必要を除去するために、回転子と
駆動軸とは個別の固定子に囲まれた空洞内に置かれても
よい。そのような一体化されたポンプとモータとの組立
品はここに参考文献として組み込まれる米国特許明細書
第5,096,390 号にもっと詳細に記載されている。

【００２７】前述のポンプモータとポンプとの組立品
は、本発明のポンプモータ制御装置と共に用いられるべ
きポンプ駆動システムの態様の例として働く。切換モー
ドモータ駆動器26と整流センサ30とはポンプモータ制御
装置20とボンプモータとの間のインターフェースを与え
るが、しかしポンプモータとポンプとの組立品はポンプ
モータ制御装置の一部分ではない。

【００２８】図１のポンプモータ制御装置20の説明に帰
ると、ポンプモータの固定子に隣接して配置された整流
センサ30が、回転子の位置を感知し、回転子が各センサ
を通過する場合に論理高信号76を与える。整流センサ30
はモータ回転出力42を与えるために位相比較器へ結合さ
れている。整流センサ30は、切換モードモータ駆動器26
へモータの位置を連絡するために、切換モードモータ駆
動器26へも結合されている。最後に、整流センサ30はモ
ータを停止するのに用いられる逆転検出器32へ結合され
ている。

【００２９】このポンプモータ制御装置20は、基準入力
周波数40が低すぎになった場合に、ポンプモータ制御装
置20がポンプモータを停止させることを可能にするため
の周波数弁別器28を含んでいる。ある種のブラシレスモ
ータにおいては、モータの物理的制限が大幅に特性を減
退させ得るので、基準入力40の周波数がしきい値の下に
低下した場合に、モータを停止することが必要であり得
る。特に、少ない固定子歯の使用に結合された低慣性の
回転子が、低い毎分回転数において円滑なモータ速度を
維持することを困難にする。この問題を回避するため
に、基準入力40がしきい値の下に低下した場合にモータ
が停止され得る。

【００３０】従って、入力周波数がしきい値の下に低下
した場合に周波数弁別器28が感知して、ループフィルタ
の出力電圧54を大地82に引き込むスイッチ80を動かす。
駆動回路への結果として生じる低電圧入力が、回転子が
回転方向を物理的に反転するまで、駆動回路24に完全逆
駆動を与えさせる。その後逆転検出器32がポンプモータ
を停止させるために逆駆動増幅器を無能にする。

【００３１】逆転検出器32がポンプモータ内の回転子の
逆転を検出した場合に、逆転検出器が逆駆動増幅器64へ
信号84を与えて、逆駆動増幅器を効果的にターンオフす
る。上述のモータを停止する過程の間、そのモータが逆
に回転を実際に始めるまでポンプモータ制御装置20が逆
整流を与える。逆回転検出器32が逆回転の最初の瞬間を
検出し、それから逆駆動増幅器64をターンオフする。ポ
ンプへの流体圧力（タービニング）が回転子を正に強制
する場合には、モータが逆に回転するまでポンプモータ
制御装置20が再び逆整流を与える。ある場合には、外部
流体圧力により正に強制され、それからポンプモータ制
御装置20により逆に駆動されて、回転子が振動し得る。
適度の外部流体圧力に対して、固定子歯への回転子の魅
力的な力が回転子を正に強制するタービニング効果を打
ち負かすので回転子が停止する。高い圧力に対しては、
回転子は振動を続けるが、回転子を正に強制しようとす
る高い圧力にもかかわらず、ポンプを通る流体の流れの
制御は充分に維持される。

【００３２】要約すると、ポンプモータ制御装置20がフ
ィードバックループによりポンプモータ速度の制御を維
持する。フィードバックループがポンプにポンプの入口
における正の流体圧力と出口における負の流体圧力とに
無関係に動作することを可能にさせる。これの実行はモ
ータ回転出力42を基準入力40と比較するために位相ロッ
クループ回路22を使用する。この位相ロックループ回路
22はモータ回転出力42が基準入力40へ収斂するように速
度を増大するか又は低減するかのいずれかをするために
駆動回路24へ情報を与える。増大する正駆動がブラシレ
ス直流モータのより速い正の整流となり、一方増大する
逆駆動が該モータのより速い逆整流となる。逆整流はモ
ータ速度を低減するためとタービニング効果を打ち消す
ためとにモータを円滑に制動するために用いられる。

【００３３】ポンプモータ制御装置20はモータを停止す
るのに使用される周波数弁別器28と逆転検出器32とを含
んでいる。基準入力40がしきい値の下に低下した場合
に、モータが回転方向を物理的に反転するまで、ポンプ
モータ制御装置20が完全逆駆動を与える。モータが逆転
した場合には、逆転検出器32がモータを停止するために
逆駆動増幅器64を抑制する。

【００３４】図２と図３とは図１のポンプモータ制御装
置20の概要図面を図解している。図１に図解され、先に
一般的に記載された各構成要素が、極めて詳細にこの概
要図面に示されている。

【００３５】図２を参照して、モータ速度を制御するた
めに用いられる二つの入力は、電圧入力46, VOLTAGE-IN
と、制御周波数入力48で振動する信号 FREQ-INとであ
る。電圧入力46と周波数入力48との双方が入力保護回路
100, 102を通過する。電圧入力に対する入力保護回路 1
00は、抵抗R20 とR21 及びダイオードCR2 とCR3 を含ん
でおり、一方制御周波数信号に対する入力保護回路 102
は、抵抗R22 とR23 及びダイオードCR4 とCR5 を含んで
いる。制御周波数入力48は、図２に示された単一チッ
プ，U7内の二つのカウンタと、コンデンサC18 とを含ん
でいる二十分周回路50へ結合されている。この装置はモ
トローラ社から市販されているMC14518BDWチップからの
２個の十進カウンタを含んでおり、第１のクロックが10
で入力周波数を分周し、第２のクロックが第１のクロッ
クの出力を受信して更に入力周波数を２で分周する。

【００３６】電圧制御発振器34と位相比較器36及びルー
プフィルタ38を含んでいる位相ロックループ回路22が図
２に示されている。電圧制御発振器34と位相比較器36と
は各々モトローラ社から市販されている位相ロックルー
プ回路チップ，U8の一部分である。電圧入力はVOLTAGE-
INの大きさに比例する周波数を有する振動するディジタ
ル信号へ変換されるために電圧制御発振器34へ結合され
ている。位相比較器36への入力はモータ回転出力TACH,
(42)と基準入力とである。その基準入力40は、電圧制御
発振器の出力である振動する信号に変換されたVOLTAGE-
INか、又は二十で分周された周波数入力FREQ-IN かのい
ずれかである。

【００３７】スイッチ52（電圧又は周波数入力選択手
段）の機能は、位相ロックループ回路チップ，U8とコン
デンサC10 とC18 とにより実行される。電圧制御発振器
34と二十分周回路U7, (50)との双方の出力が、それぞれ
コンデンサC10 とC18 とを介して位相比較器36の入力端
子へ接続される。周波数入力が接続されない場合には、
二十分周回路U7, (50)の出力は安定であり、電圧入力が
コンデンサC10 を介して位相比較器へ通過できる。電圧
入力が接続されない場合には、抵抗R21 がこの入力を大
地へ引き込み、電圧制御発振器34が振動を停止し、分周
器の出力端子における周波数入力信号がコンデンサC18
を介して比較器へ通過する。この方法においては、ポン
プモータ制御装置は電圧入力又は周波数入力のいずれか
の選択を考慮する。

【００３８】位相比較器36の出力へ結合されたループフ
ィルタ38は抵抗R28 とR29 及びコンデンサC15 を具えて
いる。ループフィルタ38が位相比較器36の切換出力を、
０〜６ボルトの範囲の直流電圧に変換する。

【００３９】バッファ60と正駆動増幅器62と逆駆動増幅
器64及び駆動回路の比較器66を含んでいる駆動回路24が
図２にもっと詳細に図解されている。バッファ60は標準
のバイポーラ接合トランジスタであるトランジスタQ2で
ある。正駆動増幅器62と逆駆動増幅器64とは各々モトロ
ーラ社から市販されている二重演算増幅器パッケージLM
358Mからの演算増幅器を含んでいる。逆駆動増幅器は、
抵抗R32, R33, R34 と演算増幅器U11A及びダイオードCR
8 を含んでいる。バッファの出力端子90は、逆駆動増幅
器64が位相ロックループ回路の出力を反転するように演
算増幅器U11Aの負入力端子92へ結合されている。逆駆動
増幅器64は約３〜０ボルトの電圧を受信して０〜約５ボ
ルトの出力電圧を発生する。正駆動増幅器62は抵抗R35,
R36と演算増幅器U11B及びダイオードCR7 を含んでい
る。バッファの出力端子90は演算増幅器U11Bの正入力端
子94へも結合されている。正駆動増幅器62は非反転増幅
器であり、約３〜６ボルトの電圧を受信して０〜約５ボ
ルトの出力を発生する。ダイオードCR7 とCR8 とのアノ
ード96において一緒に結合された正及び逆駆動増幅器
が、切換モードモータ駆動器26へ、制御電圧信号CONTRO
L-V (56)を与える。

【００４０】駆動回路の比較器66は二重比較器パッケー
ジLM393Mからのアナログ比較器U10Bと抵抗R37, R38及び
コンデンサC19 を含んでいる。比較器U10Bは、位相ロッ
クループ回路22の出力が３ボルトを超えた場合に、正駆
動を表す高論理信号を発生する。逆にその出力が３ボル
トより下である場合には、比較器U10Bが逆駆動を表す低
論理信号を発生する。かくして駆動回路の比較器は、切
換モードモータ駆動器へ、正／逆駆動方向信号 FWD/REV
(58) を与える。

【００４１】切換モードモータ駆動器 U1 (26)は図３の
概要図面にもっと詳細に示されている。ニューハンプシ
ャー州のメリマックのユニトロード集積回路社から市販
されている切換モードモータ駆動器 U1 (26)は三相ブラ
シレスモータ用のUC3620型切換モード駆動器である。こ
の切換モードモータ駆動器26は、駆動回路24から制御電
圧 CONTROL-V (56) と正／逆駆動方向信号 FWD/REV (5
8) を受信し、ブラシレス直流モータの正又は逆整流を
与えるために、ポートWH1, WH2及びWH3 を通ってコイル
１，２及び３へ電流を供給する。

【００４２】モータの位置を感知しモータ回転出力を決
定するために用いられる整流センサ30が図３に詳細に示
されている。３個のホールセンサU3, U4, U5が回転子の
位置を感知し、回転子の磁極がセンサの近くを通過した
時は毎回論理高信号を供給する。３個のホールセンサ全
部の出力がモトローラ社から市販されているMC33039型
閉ループブラシレスモータアダプタ 100' へも結合され
ている。このモータアダプタU6 (100') がセンサからデ
ィジタル信号を受信し、モータ回転出力を供給する。付
加的に、ホールセンサの二つの出力102'と104 とが図２
に示されたモトローラ社からのＤ型フリップフロップMC
14013BD である逆転検出器32へ結合されている。

【００４３】コイル２に対応するホールセンサからの信
号COM-B がコイル１に対応するホールセンサからの信号
COM-A に先行する場合に、電圧出力106 を発生すること
により、Ｄ型フリップフロップが逆転検出器として働
く。信号COM-A がこのフリップフロップへのクロックと
して働き、信号COM-B がＤ入力として働く。回転子が逆
転する場合に、コイル２のセンサがＤ入力端子へ低論理
信号を与え、コイル１のセンサがクロック信号を与え
て、Ｄ型フリップフロップの出力端子において低論理信
号となる。このＤ型フリップフロップの出力端子は、逆
駆動増幅器64の演算増幅器U11Aへ結合されている。この
Ｄ型フリップフロップからなる逆転検出器32からの低論
理信号が逆駆動増幅器64をターンオフする。このように
して、モータが逆回転し始めた場合に、ポンプモータ制
御装置20が逆駆動増幅器64をターンオフすることにより
応答する。逆整流がモータに逆転を強いた場合に、モー
タを停止する動作がかくして完了される。

【００４４】図１の周波数弁別器28とスイッチ80とが図
２の概要図にもっと詳細に示されている。周波数弁別器
28の構成要素は駆動回路の比較器にも用いられた二重比
較器チップからの比較器U10Aと、トランジスタQ1と、コ
ンデンサC12, C13と、ブロッキングダイオードCR6 及び
抵抗R25, R26, R41 である。基準入力40はコンデンサC1
2 における周波数弁別器28への入力である。基準入力40
は電圧制御発振器VCOの出力又は二十で分周された制御
周波数FREQ-IN のいずれかである。基準入力40の周波数
が充分に高い場合には、トランジスタQ1が大地へコンデ
ンサC13 を再三放電し、且つその結果として生じる比較
器が、逆転駆動増幅器64への衝撃無しに「オフ」とな
る。しかしながら、基準入力40の周波数が、約30Hzであ
るしきい値の下である場合には、コンデンサC13 は比較
器U10Aの出力をほぼ０ボルトに切り換えるために充分に
充電することが可能である。バッファQ2に０ボルトが与
えられた場合には、逆駆動増幅器64が完全逆駆動へ解釈
するそれの最大出力を発生する。

【００４５】最後に、図３はボンプモータ制御装置20の
コネクタ110 と電圧調整器112 とを図解している。コネ
クタJ1 (110)はボンプモータ制御装置20へ外部接続を供
給する。このコネクタの第２の部分が切換モードモータ
駆動器 U1 (26)とポンプモータとを保護するために用い
られるヒューズ114 へ結合されている。このヒューズ11
4 は、電圧調整器U2とコンデンサC5, C6及び抵抗R7, R8
を含んでいる電圧調整器回路112 へも結合されている。
電圧調整器回路112 がポンプモータ制御装置20の回路へ
基準電圧VREFである 6.2ボルトを供給する。

【００４６】ポンプモータ制御装置を上記に詳細に説明
したが、本発明はこの実施例に限定されないことは理解
されねばならない。例えば、フィードバック制御は位相
ロックループにより与えられる必要はない。周波数ロッ
クループのような、他の形のフィードバック制御が位相
ロックループ回路の代わりに用いられてもよい。同様
に、このフィードバック制御の出力信号は駆動回路へ駆
動情報を運ぶ直流電圧である必要はない。むしろ、その
ような情報は、例えば、制御周波数又は電流によって与
えられてもよい。一般的に、集積回路チップが使用され
たところでも、個別の成分が用いられ得る。

【００４７】好適な実施例で本発明の原理が図解され且
つ説明されたが、本発明がそのような原理から離れるこ
となく装置と細部とで変形され得ることはこの技術に熟
達した人々には明らかであるはずである。出願人は特許
請求の範囲の精神と範囲内で得られる変形と等価物との
すべてを請求の範囲とする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に従った、ポンプモータ制御
装置のブロック線図を図解している。

【図２】図１のポンプモータ制御装置の概要図面を図解
している。

【図３】図１のポンプモータ制御装置の概要図面を図解
している。

【符号の説明】 20 ポンプモータ制御装置 22 位相ロックループ回路 24 駆動回路 26 切換モードモータ駆動器 U1 28 周波数弁別器 30 整流センサ 32 逆転検出器 34 電圧制御発振器 VCO 36 位相比較器 38 ループフィルタ 40 基準入力 42 モータ回転出力 TACH 44 出力信号 46 電圧入力 VOLTAGE-IN 48 周波数入力 FREQ-IN 50 二十分周回路 U7 52 電圧又は周波数入力選択手段すなわちスイッチ 54 ループフィルタの出力直流電圧 56 制御電圧 CONTROL-V 58 正／逆駆動方向信号 FWD/REV 60 バッファ 62 正駆動増幅器 64 逆駆動増幅器 66 駆動回路の比較器 70 コイル１ COIL1 72 コイル２ COIL2 74 コイル３ COIL3 76 論理高信号 80 スイッチ 82 大地 84 信号 90 バッファの出力端子 92 負入力端子 94 正入力端子 96 ダイオードのアノード 100, 102 入力保護回路 100' モータアダプタ U6 102'，104 ホールセンサの出力 106 逆転検出器の電圧出力 110 コネクタ J1 112 電圧調整器 114 ヒューズ C5, C6, C10, C12, C13, C15, C18, C19 コンデンサ COM-A コイル１に対応するホールセンサからの信号 COM-B コイル２に対応するホールセンサからの信号 CR2, CR3, CR4, CR5, CR7, CR8 ダイオード CR6 ブロッキングダイオード R7, R8, R20, R21, R22, R23, R25, R26 抵抗 R28, R29, R32, R33, R34, R35, R36, R37, R38, R41
抵抗 Q1, Q2, トランジスタ U2 電圧調整器 U3, U4, U5 ホールセンサ U10A, U10B アナログ比較器 U11A, U11B, 演算増幅器 VREF 基準電圧 WH1, WH2, WH3 ポート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ポンプへの外部圧力に無関係にポンプモ
ータ速度を制御するポンプモータ制御装置であって、ポンプモータの速度の直接制御を可能にするための基準
入力と、前記ポンプモータの速度決定用の整流センサと、前記ポンプモータ速度と基準入力との間の比較に基づい
て出力信号を発生するために前記整流センサと前記基準
入力とへ結合された比較器と、及び前記出力信号を受信
するためと、前記出力信号で送られた情報に基づいて正
又は逆に前記ポンプモータを整流するために前記比較器
へ結合された駆動回路と、を具えているポンプモータ制
御装置。
【請求項２】前記比較器が位相ロックループ回路の位
相比較器を具えている請求項１記載のポンプモータ制御
装置。
【請求項３】前記基準入力を感知するためと、前記基
準入力がしきい値の下に降下した場合に、前記駆動回路
に逆に前記ポンプモータを整流させるための周波数弁別
器と、及び前記ポンプモータの逆転を感知するためと、
逆転が生じた場合に前記駆動回路を消勢するための逆転
検出器と、を更に具えている請求項１記載のポンプモー
タ制御装置。
【請求項４】前記基準入力が制御周波数である請求項
１記載のポンプモータ制御装置。
【請求項５】前記基準入力が制御電圧である請求項１
記載のポンプモータ制御装置。
【請求項６】前記基準入力が制御周波数を更に含んで
いる請求項５記載のポンプモータ制御装置。
【請求項７】ブラシレス直流モータ用ポンプモータ制
御装置であって、基準入力と、前記モータの速度を決定するための整流センサと、前記モータの速度を前記基準入力と比較するため、及び
前記モータの前記速度と前記基準入力との比較に基づい
て出力電圧を与えるために前記整流センサと前記基準入
力とへ結合された比較器と、及び前記出力電圧の大きさ
に依存する速度と方向とで整流することにより前記モー
タを駆動するために前記比較器へ結合された駆動回路
と、を具えているポンプモータ制御装置。
【請求項８】前記比較器が位相比較器を具えている請
求項７記載のポンプモータ制御装置。
【請求項９】前記基準入力が制御周波数又は制御電圧
である請求項７記載のポンプモータ制御装置。
【請求項１０】前記基準入力を感知するためと、前記
基準入力がしきい値の下に降下した場合に、前記駆動回
路に逆に前記モータを整流させるための周波数弁別器
と、及び前記モータの逆転を感知するためと、逆転が生
じた場合に前記駆動回路により前記モータの逆の整流を
停止するための逆転検出器と、を更に具えている請求項
７記載のポンプモータ制御装置。
【請求項１１】ブラシレス直流モータ用ポンプモータ
制御装置であって、モータ速度を制御するための基準入力と、モータ速度を決定するための整流センサと、前記モータ速度を前記基準入力と比較し且つ前記モータ
速度と前記基準入力との位相比較に基づいて出力電圧を
発生するために、前記基準入力と前記整流センサとへ結
合された、位相ロックループ回路と、及び前記出力電圧
の大きさに基づいてモータ速度が基準入力へ収斂するよ
うに、モータ速度を増大又は低減するために前記位相ロ
ックループ回路へ結合された駆動回路と、を具えている
ポンプモータ制御装置。
【請求項１２】前記モータ速度が基準入力の周波数を
超えた場合にモータ速度を低減するために前記駆動回路
が逆整流を使用する請求項１１記載のポンプモータ制御
装置。
【請求項１３】前記基準入力を感知するためと、前記
基準入力がしきい値の下に降下した場合に前記駆動回路
に逆に前記モータを整流させるための周波数弁別器と、
及び前記モータの逆転を感知するためと、逆転が生じた
場合に前記駆動回路により前記モータの逆整流を停止す
るための逆転検出器と、を更に具えている請求項１１記
載のポンプモータ制御装置。
【請求項１４】前記基準入力が制御周波数を与える信
号を含んでいる請求項１１記載のポンプモータ制御装
置。
【請求項１５】電圧制御発振器が直流入力電圧を前記
直流電圧の大きさに比例した周波数を有する振動する電
圧へ変換し、且つ前記振動する電圧が基準入力を与える
請求項１１記載のポンプモータ制御装置。