JPH0783627B2 - ハンドピ−ス内に設置した回転工具を駆動するための電気的装置 - Google Patents
ハンドピ−ス内に設置した回転工具を駆動するための電気的装置Info
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- JPH0783627B2 JPH0783627B2 JP62184668A JP18466887A JPH0783627B2 JP H0783627 B2 JPH0783627 B2 JP H0783627B2 JP 62184668 A JP62184668 A JP 62184668A JP 18466887 A JP18466887 A JP 18466887A JP H0783627 B2 JPH0783627 B2 JP H0783627B2
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- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61C—DENTISTRY; APPARATUS OR METHODS FOR ORAL OR DENTAL HYGIENE
- A61C1/00—Dental machines for boring or cutting ; General features of dental machines or apparatus, e.g. hand-piece design
- A61C1/0007—Control devices or systems
- A61C1/0015—Electrical systems
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor
- H02P6/085—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor in a bridge configuration
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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、例えば、バーまたはドリル等外科医が使用す
る回転工具（回転バイト）または歯科医のハンドピース
内のビット等の回転工具（回転バイト）を高速で駆動す
るための電気的装置に関し、より詳細には、ロータを備
えた電気モータを含む駆動装置に関する。
る回転工具（回転バイト）または歯科医のハンドピース
内のビット等の回転工具（回転バイト）を高速で駆動す
るための電気的装置に関し、より詳細には、ロータを備
えた電気モータを含む駆動装置に関する。
［従来の技術］ 従来のこの種の装置は、外部供給ユニット及びハンドピ
ース内に取付けられたコレクタモータから成っていた。
供給ユニットとモータとは、２本の導電体を有する柔軟
性リード線によって接続されていた。供給ユニットは、
ペダル等の手段によって調節しうる電圧をもたらす。ハ
ンドピースの使用者は、供給ユニットによってモータの
回転すなわち工具の回転速度を自由に変化させることが
できる。
ース内に取付けられたコレクタモータから成っていた。
供給ユニットとモータとは、２本の導電体を有する柔軟
性リード線によって接続されていた。供給ユニットは、
ペダル等の手段によって調節しうる電圧をもたらす。ハ
ンドピースの使用者は、供給ユニットによってモータの
回転すなわち工具の回転速度を自由に変化させることが
できる。
しかしながら、歯科用ハンドピース内にブラシを有する
直流または交流モータを使用する上では多数の問題があ
り、これにより多くの欠点があった。
直流または交流モータを使用する上では多数の問題があ
り、これにより多くの欠点があった。
第１に、モータの高速回転（時には、毎分100,000回転
を越える）によって、ブラシの摩耗が相当に著しくな
る。第２に、掘削残余物の懸濁粒子等を含む湿った環境
内でモータが動作するので、密封手段を設けない限り、
汚物の蓄積や凝結によってブラシや付設部品の劣化を避
けることが不可能であった。第３に、若しオペレータが
揮発性物質を使用すると、ブラシにより発生したスパー
クが局部的な爆発を引き起こす可能性もあった。
を越える）によって、ブラシの摩耗が相当に著しくな
る。第２に、掘削残余物の懸濁粒子等を含む湿った環境
内でモータが動作するので、密封手段を設けない限り、
汚物の蓄積や凝結によってブラシや付設部品の劣化を避
けることが不可能であった。第３に、若しオペレータが
揮発性物質を使用すると、ブラシにより発生したスパー
クが局部的な爆発を引き起こす可能性もあった。
上述の各欠点を回避するブラシレス直流モータが知られ
ていた。それらは、３つのデルタ型または星型結線の巻
線のステータ、及び磁化ロータを有するモータである。
モータ上の３個の固定センサの手段によりロータの位置
によって制御される電気回路で巻線が付勢される。産業
上使用されるこの種のモータは例えば、米国特許第4,33
8,556号明細書に記載されている。
ていた。それらは、３つのデルタ型または星型結線の巻
線のステータ、及び磁化ロータを有するモータである。
モータ上の３個の固定センサの手段によりロータの位置
によって制御される電気回路で巻線が付勢される。産業
上使用されるこの種のモータは例えば、米国特許第4,33
8,556号明細書に記載されている。
しかしながら、３個のステータ巻線及び３個のセンサの
存在によって、電気結線が、より複雑になることが避け
られなかった。この種のモータには、少なくとも８本の
接続ワイヤが必要である。すなわち、巻線のための３本
のワイヤ、センサのための３本のワイヤ及びセンサの供
給源のための２本のワイヤである。このような８本ワイ
ヤ導線は、２本ワイヤ導線に比し、より複雑になり、よ
り剛的になって、柔軟性がなくなる。
存在によって、電気結線が、より複雑になることが避け
られなかった。この種のモータには、少なくとも８本の
接続ワイヤが必要である。すなわち、巻線のための３本
のワイヤ、センサのための３本のワイヤ及びセンサの供
給源のための２本のワイヤである。このような８本ワイ
ヤ導線は、２本ワイヤ導線に比し、より複雑になり、よ
り剛的になって、柔軟性がなくなる。
上記の欠点は歯科用ドリルの場合に特に問題となる。何
故ならば、そのようなドリルの移動は、術者にとって操
作上大きな妨げとなるからである。
故ならば、そのようなドリルの移動は、術者にとって操
作上大きな妨げとなるからである。
［発明の概要］ 本発明の一つの目的は、ハンドピースとの電気的接続が
２本ワイヤ導線から成るようなドリル、または他のハン
ドピースのための電気的駆動装置を提供して、上記の問
題点を克服することである。
２本ワイヤ導線から成るようなドリル、または他のハン
ドピースのための電気的駆動装置を提供して、上記の問
題点を克服することである。
本発明に従う電気的駆動装置は、 ハンドピースの外部に、 出力と、直流電圧源と、高周波電圧を供給するための発
生器と、前記高周波電圧を前記直流電圧に重ね合わせて
結果としての複合電圧を前記出力に印加するための手段
とから成る電気的供給手段、並びに 一端が前記出力に接続された２つの変形可能な導電体、
を含み、 更にハンドピースの内部に、 前記工具を回転させるようになっている磁化ロータを有
する多相ブラシレスモータ、 前記２本の導電体の他端に接続され、前記複合電圧を受
信して、それから前記直流電圧及び前記高周波電圧を分
離するようになっている手段、 前記ロータによって制御され、ロータの角度位置を表現
する論理信号を動作中に発生するようになっているセン
サ手段、 前記センサ手段によって発生した論理信号に応答して制
御信号を発生するようになってい論理制御回路、 前記モータに接続され、前記制御信号及び前記直流電圧
を受信するようになっており、前記モータに多相信号を
もたらしてそのロータを回転させる駆動回路、並びに 前記高周波電圧を受信するようになっており、直流電圧
を前記センサ手段、前記制御論理回路及び前記駆動回路
へともたらす整流回路、 を含むものである。
生器と、前記高周波電圧を前記直流電圧に重ね合わせて
結果としての複合電圧を前記出力に印加するための手段
とから成る電気的供給手段、並びに 一端が前記出力に接続された２つの変形可能な導電体、
を含み、 更にハンドピースの内部に、 前記工具を回転させるようになっている磁化ロータを有
する多相ブラシレスモータ、 前記２本の導電体の他端に接続され、前記複合電圧を受
信して、それから前記直流電圧及び前記高周波電圧を分
離するようになっている手段、 前記ロータによって制御され、ロータの角度位置を表現
する論理信号を動作中に発生するようになっているセン
サ手段、 前記センサ手段によって発生した論理信号に応答して制
御信号を発生するようになってい論理制御回路、 前記モータに接続され、前記制御信号及び前記直流電圧
を受信するようになっており、前記モータに多相信号を
もたらしてそのロータを回転させる駆動回路、並びに 前記高周波電圧を受信するようになっており、直流電圧
を前記センサ手段、前記制御論理回路及び前記駆動回路
へともたらす整流回路、 を含むものである。
［実施例の説明］ 第１図に示す供給手段は、主として直流電圧源２及び高
周波発生器３で作られている。電圧源２は、本線に接続
し、直流電圧VAを発生する。好適には、例えばペダル等
の制御ユニット（図示せず）を設けて、電圧VAを例えば
０〜24ボルト間で変化させてもよい。電圧源２の一方の
電極（例えば負電極）がアース端子４に接続され、他方
の電極が柔軟導電体５の一端に接続されている。
周波発生器３で作られている。電圧源２は、本線に接続
し、直流電圧VAを発生する。好適には、例えばペダル等
の制御ユニット（図示せず）を設けて、電圧VAを例えば
０〜24ボルト間で変化させてもよい。電圧源２の一方の
電極（例えば負電極）がアース端子４に接続され、他方
の電極が柔軟導電体５の一端に接続されている。
高周波発生器３は、１次巻線７及び２次巻線８を有する
変圧器６から成る。１次巻線７は、既知のタイプの電子
発振器回路に接続されている。この発振器回路について
は、ここでは説明しない。電源２が発振器回路への供給
電圧VBをもたらし、発振器回路は、約１ボルトの振幅で
2MHZの周波数を有する交流電圧VCを２次巻線８にわたっ
て発生させる。２次巻線８の一端はアース端子４に接続
され、他端は自己誘導コイル９を介して第２の柔軟導電
体５′の一端に接続されている。柔軟導電体５及び５′
は、供給手段から出ている電線またはリード線10の中で
束ねられている。コイル９は、図示配置中の主要部品で
はない。コイル９の機能は後に説明するので、それまで
触れないことにする。
変圧器６から成る。１次巻線７は、既知のタイプの電子
発振器回路に接続されている。この発振器回路について
は、ここでは説明しない。電源２が発振器回路への供給
電圧VBをもたらし、発振器回路は、約１ボルトの振幅で
2MHZの周波数を有する交流電圧VCを２次巻線８にわたっ
て発生させる。２次巻線８の一端はアース端子４に接続
され、他端は自己誘導コイル９を介して第２の柔軟導電
体５′の一端に接続されている。柔軟導電体５及び５′
は、供給手段から出ている電線またはリード線10の中で
束ねられている。コイル９は、図示配置中の主要部品で
はない。コイル９の機能は後に説明するので、それまで
触れないことにする。
供給手段は更に、低周波発振器15及び変調回路16から成
る。これら両回路には、電源によって電圧VBが供給され
ている。発振器15は例えば既知の種類の非対称フリップ
フロップでよく、ここでは詳細に述べない。この発振器
15は、短い正パルスでてきた低周波周期信号S15をもた
らす。この各パルスの長さは、信号周期の10％に等し
い。基本的に回路16は、例えば縦列に接続した２個のト
ランジスタから成る既知の非線形増幅器である。回路16
は信号S15を受信し、発生器３に信号S16をもたらす。信
号S16は、低周波信号によって高周波電圧の振幅を既知
の方法で変調するための十分なエネルギーを持ってい
る。変調は次のようにして行なわれる。すなわち、信号
S15のパルスの間に高周波発振が停止し、これにより高
周波電圧が周期的に短い瞬間に遮断される発振の形状を
とる。
る。これら両回路には、電源によって電圧VBが供給され
ている。発振器15は例えば既知の種類の非対称フリップ
フロップでよく、ここでは詳細に述べない。この発振器
15は、短い正パルスでてきた低周波周期信号S15をもた
らす。この各パルスの長さは、信号周期の10％に等し
い。基本的に回路16は、例えば縦列に接続した２個のト
ランジスタから成る既知の非線形増幅器である。回路16
は信号S15を受信し、発生器３に信号S16をもたらす。信
号S16は、低周波信号によって高周波電圧の振幅を既知
の方法で変調するための十分なエネルギーを持ってい
る。変調は次のようにして行なわれる。すなわち、信号
S15のパルスの間に高周波発振が停止し、これにより高
周波電圧が周期的に短い瞬間に遮断される発振の形状を
とる。
発振器15の出力とアース４との間に、オンオフスイッチ
17を設ける。スイッチ17が開いているときには何の効果
もなく、閉じているときに発振器15の出力がアースされ
る。かくしてスイッチ17が一方の位置にあるときに高周
波電圧の振幅が低周波信号によって変調され、スイッチ
17が他方の位置にあるときに変調が停止する。この停止
は、零振幅の変調とみなすこともできる。故に、スイッ
チ17の各々の位置によって特定の変調モードがもたらさ
れる。
17を設ける。スイッチ17が開いているときには何の効果
もなく、閉じているときに発振器15の出力がアースされ
る。かくしてスイッチ17が一方の位置にあるときに高周
波電圧の振幅が低周波信号によって変調され、スイッチ
17が他方の位置にあるときに変調が停止する。この停止
は、零振幅の変調とみなすこともできる。故に、スイッ
チ17の各々の位置によって特定の変調モードがもたらさ
れる。
上記のような手段による振幅変調の代わりに、例えば周
波数変調等の異なる変調方法によって高周波電圧を変調
することもできる。ただし、スイッチ17の一方の位置が
変調の一方のモードに対応し、スイッチ17の他方の位置
が変調の他方のモードに対応する。
波数変調等の異なる変調方法によって高周波電圧を変調
することもできる。ただし、スイッチ17の一方の位置が
変調の一方のモードに対応し、スイッチ17の他方の位置
が変調の他方のモードに対応する。
導電体５と５′との間の電圧は、電圧VAとVCの重ね合わ
せまたは和に等しい。この複合電圧が、導線10を介して
第２図に示すハンドピース回路へと伝えられる。
せまたは和に等しい。この複合電圧が、導線10を介して
第２図に示すハンドピース回路へと伝えられる。
第３図は、スイッチ17のオン・オフに関連する信号S15
及び信号S16の発生状態と、２次巻線８に発生する交流
電圧VCとの関係を示す波形ダイアフラムである。
及び信号S16の発生状態と、２次巻線８に発生する交流
電圧VCとの関係を示す波形ダイアフラムである。
ハンドピースの端部において、導電体５は減結合コンデ
ンサ20の一端に接続され、導電体５′は昇圧変圧器21の
１次巻線の一端に接続される。この１次巻線の他端はコ
ンデンサ20の他端と一緒になって、ハンドピースのアー
ス端子22に接続される。このようにして、電圧VAと高周
波電圧VCとが分離される。すなわち、電圧VAはコンデン
サ20に印加され、高周波電圧VCは変圧器21の１次巻線に
印加される。アース端子４及び22が直流接続され、これ
らは同一の直流及び交流電位を有する。
ンサ20の一端に接続され、導電体５′は昇圧変圧器21の
１次巻線の一端に接続される。この１次巻線の他端はコ
ンデンサ20の他端と一緒になって、ハンドピースのアー
ス端子22に接続される。このようにして、電圧VAと高周
波電圧VCとが分離される。すなわち、電圧VAはコンデン
サ20に印加され、高周波電圧VCは変圧器21の１次巻線に
印加される。アース端子４及び22が直流接続され、これ
らは同一の直流及び交流電位を有する。
変圧器21の２次巻線は、ブリッジ整流器23の入力端子に
接続される。ブリッジ23の一方の出力端子は、アース端
子22に接続される。他方の出力端子24とアースとの間
に、整流された高周波電圧が現われ、この振幅は約10
VC、代表的にはピークトゥピーク値15ボルトである。ス
イッチ17が開いているときには、低周波信号S15のパル
スの間にもちろんこの電圧は消失する。
接続される。ブリッジ23の一方の出力端子は、アース端
子22に接続される。他方の出力端子24とアースとの間
に、整流された高周波電圧が現われ、この振幅は約10
VC、代表的にはピークトゥピーク値15ボルトである。ス
イッチ17が開いているときには、低周波信号S15のパル
スの間にもちろんこの電圧は消失する。
コンデンサ25及び抵抗器26でできたフィルターが、アー
ス22と端子24との間に並列に接続され、ブリッジ整流器
23によりもたらされる信号の高周波成分を除去する。ス
イッチ17が閉じるか開くかに依存して、端子24の電圧
が、直流電圧または低周波信号S15に相補的な電圧のい
ずれかになる。
ス22と端子24との間に並列に接続され、ブリッジ整流器
23によりもたらされる信号の高周波成分を除去する。ス
イッチ17が閉じるか開くかに依存して、端子24の電圧
が、直流電圧または低周波信号S15に相補的な電圧のい
ずれかになる。
端子24に接続した整流器27が、ハンドピース内の電子回
路のための直流供給電圧VDを発生する。この電圧VDは、
コンデンサ28によってフィルタリングされ、ツェナーダ
イオード29によって安定化される。インバータ30の入力
もまた端子24に接続されている。インバータ30の出力
は、スイッチ17の閉鎖時に零電圧をもたらし、スイッチ
17の開放時に信号S15と同形の電圧をもたらす。更に、
整流器31の一方の端子がインバータ30の出力に接続さ
れ、他方の端子32に論理信号SLをもたらす。他方の端子
32とアース端子22との間に、並列接続のフィルタリング
コンデンサ33及び抵抗器34から成るフィルタが接続され
ている。この信号SLは、スイッチ17の閉鎖時には論理レ
ベル「０」の低い値となり、スイッチ17の開放時には論
理レベル「１」の高い値となる。
路のための直流供給電圧VDを発生する。この電圧VDは、
コンデンサ28によってフィルタリングされ、ツェナーダ
イオード29によって安定化される。インバータ30の入力
もまた端子24に接続されている。インバータ30の出力
は、スイッチ17の閉鎖時に零電圧をもたらし、スイッチ
17の開放時に信号S15と同形の電圧をもたらす。更に、
整流器31の一方の端子がインバータ30の出力に接続さ
れ、他方の端子32に論理信号SLをもたらす。他方の端子
32とアース端子22との間に、並列接続のフィルタリング
コンデンサ33及び抵抗器34から成るフィルタが接続され
ている。この信号SLは、スイッチ17の閉鎖時には論理レ
ベル「０」の低い値となり、スイッチ17の開放時には論
理レベル「１」の高い値となる。
ハンドピース内には、三相モータ（図示せず）が取付け
られている。そのステータの巻線は、出力端子X,X′及
びＸ″の間で星形に結線されている。モータのロータ
は、ロータ回転軸線に関して径方向に対向する極を有す
る永久磁石から成る。端子X,X′及びＸ″に適切な信号
を印加することによって、ステータ内に回転磁場が発生
し、それによりロータの同期回転が得られる。
られている。そのステータの巻線は、出力端子X,X′及
びＸ″の間で星形に結線されている。モータのロータ
は、ロータ回転軸線に関して径方向に対向する極を有す
る永久磁石から成る。端子X,X′及びＸ″に適切な信号
を印加することによって、ステータ内に回転磁場が発生
し、それによりロータの同期回転が得られる。
ハンドピース内に設置される後述の電子回路の目的は、
上記のような信号を発生することである。デルタ結線を
有するモータや３以外の位相数で動作するモータを用い
ることもできる。この電子回路に修正や変形を加えうる
ことは、当業者によく知られているところである。
上記のような信号を発生することである。デルタ結線を
有するモータや３以外の位相数で動作するモータを用い
ることもできる。この電子回路に修正や変形を加えうる
ことは、当業者によく知られているところである。
３個のセンサA,A′及びＡ″が、ハンドピース内におい
て、モータのロータの回転軸線に中心を置いた円周上に
設置される。各センサはモータのステータに対して静止
しており、互いに円周上で120°離れている。センサ
は、例えばフォトトランジスタ等の光電型のものが好ま
しい。本実施例の場合には、各センサを照射するために
各センサに永久光源（図示せず）が付設されている。ホ
ール効果セル等の他のタイプのセンサを用いることもで
きる。センサＡの一方の端子が、供給電圧VDに接続され
る。センサＡの他方の端子は、負荷抵抗器40を介してア
ース端子22に接続されている。負荷抵抗器40の端子に
は、例えばインターフェイス回路（図示せず）により発
生した論理信号SAが印加される。センサＡが活性化され
ないときには信号SAは低く、センサＡが活性化されると
きには信号SAは高い。センサＡ′及びＡ″もセンサＡと
同様に接続され、それぞれ論理信号SA′及びSA″を発生
する。
て、モータのロータの回転軸線に中心を置いた円周上に
設置される。各センサはモータのステータに対して静止
しており、互いに円周上で120°離れている。センサ
は、例えばフォトトランジスタ等の光電型のものが好ま
しい。本実施例の場合には、各センサを照射するために
各センサに永久光源（図示せず）が付設されている。ホ
ール効果セル等の他のタイプのセンサを用いることもで
きる。センサＡの一方の端子が、供給電圧VDに接続され
る。センサＡの他方の端子は、負荷抵抗器40を介してア
ース端子22に接続されている。負荷抵抗器40の端子に
は、例えばインターフェイス回路（図示せず）により発
生した論理信号SAが印加される。センサＡが活性化され
ないときには信号SAは低く、センサＡが活性化されると
きには信号SAは高い。センサＡ′及びＡ″もセンサＡと
同様に接続され、それぞれ論理信号SA′及びSA″を発生
する。
各センサ（フォトトランジスタであると仮定する）は、
各光源との間においてロータに固定された半円形不透明
ディスクにより制御される。このような条件の下で、デ
ィスクの角度位置に依存して、常に１個のセンサが照射
（即ち、活性化）され且つ２個のセンサが遮され、ある
いはその逆になっている。センサの状態によって、６つ
の連続した角度区域Z1,Z2……Z6が定義される。これら
の区域は、ロータの位置を60°の精度で決定することが
できる。各区域Zi（ｉ＝１〜６）はこうして、信号SA,S
A′及びSA″の論理状態によって決定されるので、Zi（S
A,SA′，SA″）と表現できる。ある特定の回転方向が与
えられると、区域は例えば次のような順序で連続して現
われる。Z1（100），Z2（110），Z3（010），Z4（01
1），Z5（001）そしてZ6（101）である。回転の方向が
逆の場合には、区域の起こる順序も当然逆になる。
各光源との間においてロータに固定された半円形不透明
ディスクにより制御される。このような条件の下で、デ
ィスクの角度位置に依存して、常に１個のセンサが照射
（即ち、活性化）され且つ２個のセンサが遮され、ある
いはその逆になっている。センサの状態によって、６つ
の連続した角度区域Z1,Z2……Z6が定義される。これら
の区域は、ロータの位置を60°の精度で決定することが
できる。各区域Zi（ｉ＝１〜６）はこうして、信号SA,S
A′及びSA″の論理状態によって決定されるので、Zi（S
A,SA′，SA″）と表現できる。ある特定の回転方向が与
えられると、区域は例えば次のような順序で連続して現
われる。Z1（100），Z2（110），Z3（010），Z4（01
1），Z5（001）そしてZ6（101）である。回転の方向が
逆の場合には、区域の起こる順序も当然逆になる。
信号SA,SA′及びSA″は、信号SLをも受信する論理反転
回路41へと印加される。回路41は、入力に信号SLが印加
されるインバータ42と、それぞれ信号SA,SA′及びSA″
を受信する３つの等しいセル43,43′及び43″とから成
る。ここではセル43のみについて説明する。セル43は、
インバータ44と、３個の２入力NANDゲート45,46及び47
とから成る。信号SAが、インバータ44の入力とゲート45
の一方の入力とに印加される。ゲート45の出力は、ゲー
ト47の一方の入力に接続される。インバータ44の出力
は、信号SAを反転させた信号▲▼をもたらし、ゲー
ト46の一方の入力に接続される。ゲート46の出力は、ゲ
ート47の第２の入力に接続される。ゲート46の第２の入
力は信号SLを受信し、一方ゲート45の第２の入力は信号
SLの反転である信号▲▼を受信するためにインバー
タ42の出力に接続されている。ゲート47の出力は信号SB
をもたらし、セル43′及び43″の出力はそれぞれ信号
SB′及びSB″を発する。
回路41へと印加される。回路41は、入力に信号SLが印加
されるインバータ42と、それぞれ信号SA,SA′及びSA″
を受信する３つの等しいセル43,43′及び43″とから成
る。ここではセル43のみについて説明する。セル43は、
インバータ44と、３個の２入力NANDゲート45,46及び47
とから成る。信号SAが、インバータ44の入力とゲート45
の一方の入力とに印加される。ゲート45の出力は、ゲー
ト47の一方の入力に接続される。インバータ44の出力
は、信号SAを反転させた信号▲▼をもたらし、ゲー
ト46の一方の入力に接続される。ゲート46の出力は、ゲ
ート47の第２の入力に接続される。ゲート46の第２の入
力は信号SLを受信し、一方ゲート45の第２の入力は信号
SLの反転である信号▲▼を受信するためにインバー
タ42の出力に接続されている。ゲート47の出力は信号SB
をもたらし、セル43′及び43″の出力はそれぞれ信号
SB′及びSB″を発する。
信号SLがローのときには、インバータ44の出力における
論理レベルにかかわらず、ゲート46の出力はハイにな
る。インバータ42の出力がハイのときには、ゲート45の
出力は信号SAの反転である信号▲▼を発し、ゲート
47の出力は▲▼の反転信号を発する。すなわち信号
SAが復元される。こうしてSL＝０ならば、SB＝SAとな
る。この場合には、回路41は信号SAに変化を与えない。
論理レベルにかかわらず、ゲート46の出力はハイにな
る。インバータ42の出力がハイのときには、ゲート45の
出力は信号SAの反転である信号▲▼を発し、ゲート
47の出力は▲▼の反転信号を発する。すなわち信号
SAが復元される。こうしてSL＝０ならば、SB＝SAとな
る。この場合には、回路41は信号SAに変化を与えない。
しかし信号SLが高い論理レベルのときは、ゲート47の出
力において信号SAの反転信号を発生する。故にSL＝１な
らば、SB＝▲▼である。
力において信号SAの反転信号を発生する。故にSL＝１な
らば、SB＝▲▼である。
セル43′及び43″についても同様である。こうして回路
41はその出力において、SL＝０のときにはセンサA,A′,
A″の信号に等しい信号を発生し、SL＝１のときにはそ
の反転信号を発生する。
41はその出力において、SL＝０のときにはセンサA,A′,
A″の信号に等しい信号を発生し、SL＝１のときにはそ
の反転信号を発生する。
第４図は、スイッチ17のオン・オフに関連して回路41に
生ずる各信号SL及び各センサA,A′,A″の出力による信
号SA,SA，SA″と回路41からの夫々の出力SB,SB′，SB″
の関係を示す波形ダイアフラムである。
生ずる各信号SL及び各センサA,A′,A″の出力による信
号SA,SA，SA″と回路41からの夫々の出力SB,SB′，SB″
の関係を示す波形ダイアフラムである。
信号SB,SB′及びSB″は、次に、論理制御回路50に印加
される。この論理制御回路50は、３個の等しいセル51,5
1′及び51″から成る。ここではセル51のみについて説
明する。セル51は、インバータ52及び53と、２個の２入
力NANDゲート54及び55とから成る。信号SBは、インバー
タ52の入力とゲート55の一方の入力とに印加される。ゲ
ート54の一方の入力はインバータ52の出力に接続され、
他方の入力は信号SB′を受信する。ゲート55の他方の入
力は、セル51′のインバータ52′の出力によりもたらさ
れる反転信号▲▼（SBの反転）を受信する。インバ
ータ52′は、セル51のインバータ52と等価である。ゲー
ト54の出力は、論理信号SPを発する。ゲート55の出力は
インバータ53の入力に接続され、インバータ53の出力は
論理信号SNを発する。
される。この論理制御回路50は、３個の等しいセル51,5
1′及び51″から成る。ここではセル51のみについて説
明する。セル51は、インバータ52及び53と、２個の２入
力NANDゲート54及び55とから成る。信号SBは、インバー
タ52の入力とゲート55の一方の入力とに印加される。ゲ
ート54の一方の入力はインバータ52の出力に接続され、
他方の入力は信号SB′を受信する。ゲート55の他方の入
力は、セル51′のインバータ52′の出力によりもたらさ
れる反転信号▲▼（SBの反転）を受信する。インバ
ータ52′は、セル51のインバータ52と等価である。ゲー
ト54の出力は、論理信号SPを発する。ゲート55の出力は
インバータ53の入力に接続され、インバータ53の出力は
論理信号SNを発する。
同様にして、セル51′は信号SB′，SB″及び を受信して信号SP′及びSN′を発し、セル51″は信号
SB″，SB及び▲▼を受信して信号SP″及びSN″を発
する。
SB″，SB及び▲▼を受信して信号SP″及びSN″を発
する。
制御回路50の出力信号は次に、駆動回路60の入力に印加
される。駆動回路60は、３個の等しいセル61,61′及び6
1″から成る。最初のセル61についてのみ説明する。セ
ル61は、Ｎ型MOSパワートランジスタ62から成る。パワ
ートランジスタ62のソースはアース端子22に接続され、
そのゲートは保護抵抗器63を介してインバータ53の出力
に接続されて信号SNを受信する。トランジスタ62のドレ
インは、Ｐ型MOSパワートランジスタ65のドレインに点6
4において接続されている。トランジスタ65のソースは
供給電圧VAを受信し、そのゲートは保護抵抗器66及び結
合コンデンサ67を介して信号SPを受信する。トランジス
タ65のゲート及びソースは、第１に抵抗器68を介して互
いに接続され、第２にダイオード69及びツェナーダイオ
ード70を介して互いに接続されている。抵抗器68は、ト
ランジスタ65の動作点を決定する。ダイオード69及びツ
ェナーダイオード70は、ゲートへの信号の振幅を制限す
る。
される。駆動回路60は、３個の等しいセル61,61′及び6
1″から成る。最初のセル61についてのみ説明する。セ
ル61は、Ｎ型MOSパワートランジスタ62から成る。パワ
ートランジスタ62のソースはアース端子22に接続され、
そのゲートは保護抵抗器63を介してインバータ53の出力
に接続されて信号SNを受信する。トランジスタ62のドレ
インは、Ｐ型MOSパワートランジスタ65のドレインに点6
4において接続されている。トランジスタ65のソースは
供給電圧VAを受信し、そのゲートは保護抵抗器66及び結
合コンデンサ67を介して信号SPを受信する。トランジス
タ65のゲート及びソースは、第１に抵抗器68を介して互
いに接続され、第２にダイオード69及びツェナーダイオ
ード70を介して互いに接続されている。抵抗器68は、ト
ランジスタ65の動作点を決定する。ダイオード69及びツ
ェナーダイオード70は、ゲートへの信号の振幅を制限す
る。
インターフェイス（図示せず）の手段によって回路60に
適合されうる信号SN及びSPに応答して、セル61は点64に
おいて駆動信号SMを発する。駆動信号SMは、ステータ巻
線の端子Ｘに印加される。同様にしてセル61′及び61″
はそれぞれ信号SM′及びSM″を発し、それぞれ端子Ｘ′
及びＸ″に印加される。
適合されうる信号SN及びSPに応答して、セル61は点64に
おいて駆動信号SMを発する。駆動信号SMは、ステータ巻
線の端子Ｘに印加される。同様にしてセル61′及び61″
はそれぞれ信号SM′及びSM″を発し、それぞれ端子Ｘ′
及びＸ″に印加される。
信号SN及びSPのレベルに依存して、セル61の点64は異な
る３つの状態のいずれかになる。もしSN＝SP＝０なら
ば、トランジスタ62がブロックされ、トランジスタ65が
飽和される。点64における電圧はVAに等しい。すなわ
ち、この場合SM＝VAである。SN＝SP＝１ならば、トラン
ジスタ62が飽和され、トランジスタ65がブロックされ
る。そのような場合には、点64における電圧は零となり
SM＝０である。もしSN＝０且つSP＝１ならば、両トラン
ジスタがブロックされる。点64からみたインピーダンス
が無限大となり、点64の電圧は不定となる。これをVM＝
？と記す。この場合には、点64と端子Ｘとの間に電流は
流れない。最後の可能性であるSN＝１且つSP＝０の場合
には、両トランジスタの同時飽和がもたらされ、供給電
圧VAが短絡される。この状態は、角度区域Zi（ｉ＝１〜
６）のいずれにおいても起こり得ない禁止状態に対応す
る。セル61についての上述の説明は、それぞれ信号SM′
及びSM″を発するセル61′及び61″にもあてはまる。
る３つの状態のいずれかになる。もしSN＝SP＝０なら
ば、トランジスタ62がブロックされ、トランジスタ65が
飽和される。点64における電圧はVAに等しい。すなわ
ち、この場合SM＝VAである。SN＝SP＝１ならば、トラン
ジスタ62が飽和され、トランジスタ65がブロックされ
る。そのような場合には、点64における電圧は零となり
SM＝０である。もしSN＝０且つSP＝１ならば、両トラン
ジスタがブロックされる。点64からみたインピーダンス
が無限大となり、点64の電圧は不定となる。これをVM＝
？と記す。この場合には、点64と端子Ｘとの間に電流は
流れない。最後の可能性であるSN＝１且つSP＝０の場合
には、両トランジスタの同時飽和がもたらされ、供給電
圧VAが短絡される。この状態は、角度区域Zi（ｉ＝１〜
６）のいずれにおいても起こり得ない禁止状態に対応す
る。セル61についての上述の説明は、それぞれ信号SM′
及びSM″を発するセル61′及び61″にもあてはまる。
各角度区域Ziが、上述の回路41,50及び60の出力信号の
決定された状態に良く対応する。以下の表は、これらの
信号が（SL＝０の場合）、信号SA,SA′及びSA″の状態
に独立であることを示している。
決定された状態に良く対応する。以下の表は、これらの
信号が（SL＝０の場合）、信号SA,SA′及びSA″の状態
に独立であることを示している。
任意の角度区域Ziに対して、モータ巻線内の唯一の電流
が対応する。この電流は、電圧VAを有する端子から零電
圧の端子へと流れる。この電流がステータ内部の径方向
磁場を発生させる。１つの区域Ziから隣接区域へと移動
するときに、磁場が60°回転する。
が対応する。この電流は、電圧VAを有する端子から零電
圧の端子へと流れる。この電流がステータ内部の径方向
磁場を発生させる。１つの区域Ziから隣接区域へと移動
するときに、磁場が60°回転する。
このようにして信号SM,SM′，SM″が一緒になって、モ
ータのステータ内での回転磁場を発生させる３相信号を
形成する。磁場の回転方向は、角度区域Ziの連続する順
序に依存する。この順序、すなわちモータの回転の方向
は、回転磁場によりロータに印加されるトルクの方向に
よって決定される。
ータのステータ内での回転磁場を発生させる３相信号を
形成する。磁場の回転方向は、角度区域Ziの連続する順
序に依存する。この順序、すなわちモータの回転の方向
は、回転磁場によりロータに印加されるトルクの方向に
よって決定される。
SL＝１の場合には、信号SB,SB′，SB″はそれぞれ、信
号SA,SA′，SA″の反転信号となる。これによって、上
記表中の各行において、信号SN……SP″が反転し、信号
SM,SM′，SM″の値０とVAとが置換する。故にこの場合
には各角度区域Ziに対して、SL＝０のときの電流とは反
対の方向の電流が巻線内を流れる。かくして両者の場合
において、回転磁場の方向とロータに印加されるトルク
の方向とが逆になる。故に、スイッチ17が閉じてSL＝０
のときにはモータのロータは一方の方向に回転し、スイ
ッチ17が開いてSL＝１のときにはロータは反対の方向に
回転する。
号SA,SA′，SA″の反転信号となる。これによって、上
記表中の各行において、信号SN……SP″が反転し、信号
SM,SM′，SM″の値０とVAとが置換する。故にこの場合
には各角度区域Ziに対して、SL＝０のときの電流とは反
対の方向の電流が巻線内を流れる。かくして両者の場合
において、回転磁場の方向とロータに印加されるトルク
の方向とが逆になる。故に、スイッチ17が閉じてSL＝０
のときにはモータのロータは一方の方向に回転し、スイ
ッチ17が開いてSL＝１のときにはロータは反対の方向に
回転する。
ロータの回転速度は、少なくともモータにかかる負荷が
小さいときには、主として電圧源２からの電圧VAによっ
て決定される。
小さいときには、主として電圧源２からの電圧VAによっ
て決定される。
例えば、ペダル等の手段によってこの電圧を変化させる
ことにより、ロータの回転を必要な仕事に適合させるこ
とが可能であり、VAを零に減圧してロータを停止させる
ことも可能である。
ことにより、ロータの回転を必要な仕事に適合させるこ
とが可能であり、VAを零に減圧してロータを停止させる
ことも可能である。
電源２によりステータの巻線にもたらされる直流電圧
は、モータにかかる逆向きのトルクに依存する。モータ
に大きな負荷がかかるときには、この電流は数アンペア
にも達し、変圧器21の１次側を流れてその微少磁場を飽
和させる。この飽和によって、変圧器の２次側巻線にわ
たる高周波電圧VCの降下が起こる。同じ電流が流れる自
己誘導コイル９が、この電圧降下を補償する。この目的
のために、自己誘導コイル９が飽和可能な磁場回路から
成る。この磁場回路は、そこを流れる直流電圧が増加す
るときにそのインピーダンスを減少させる。このことに
よって、導電体5,5′内の高周波電流がモータの負荷に
よらず増大し、変圧器21の飽和の効果を補償して、その
２次巻線にわたる高周波電圧が実質的に一定に保たれ
る。
は、モータにかかる逆向きのトルクに依存する。モータ
に大きな負荷がかかるときには、この電流は数アンペア
にも達し、変圧器21の１次側を流れてその微少磁場を飽
和させる。この飽和によって、変圧器の２次側巻線にわ
たる高周波電圧VCの降下が起こる。同じ電流が流れる自
己誘導コイル９が、この電圧降下を補償する。この目的
のために、自己誘導コイル９が飽和可能な磁場回路から
成る。この磁場回路は、そこを流れる直流電圧が増加す
るときにそのインピーダンスを減少させる。このことに
よって、導電体5,5′内の高周波電流がモータの負荷に
よらず増大し、変圧器21の飽和の効果を補償して、その
２次巻線にわたる高周波電圧が実質的に一定に保たれ
る。
本発明に従えば、特許請求の範囲の技術的範囲を外れる
ことなしに、当業者によって駆動装置に多くの変形がな
され得ることは云うまでもない。
ことなしに、当業者によって駆動装置に多くの変形がな
され得ることは云うまでもない。
第１図は、本発明に従った装置内で使用できる供給手段
の一実施例を示す回路図であり、ハンドピースの外部の
部分を示している。 第２図は、電気モータに付設する側の回路の実施例を示
すものであり、本発明に従った装置のうちハンドピース
の内部に収容する部分を示している。 第３図は、ハンドピース外部における発生出力と信号と
の関係を示す波形ダイアフラムである。 第４図は、ハンドピース内部における各発生信号間の関
係を示す波形ダイアフラムである。 ２……直流電圧源、３……高周波発生器、４……アース 5,5′……柔軟導電体、６……変圧器、７……１次巻線 ８……２次巻線、９……自己誘導コイル、10……リード
線 15……低周波発振器、16……変調回路 17……オンオフスイッチ、20……減結合コンデンサ 21……昇圧変圧器、22……アース、23……ブリッジ整流
器 24……出力端子、25……コンデンサ、26……抵抗器 27……整流器、28……コンデンサ 29……ツェナーダイオード、30……インバータ、31……
整流器 32……整流器31の他方の端子 33……フィルタリングコンデンサ、34……抵抗器 41……論理反転回路、42……インバータ 43,43′,43″……セル、44……インバータ 45,46,47……NANDゲート、50……論理制御回路 52,53……インバータ、54,55……NANDゲート 60……駆動回路、62……バワートランジスタ（Ｎ型） 63……保護抵抗器、65……パワートランジスタ（Ｐ型） 66……保護抵抗器、67……結合コンデンサ、68……抵抗
器 69……ダイオード、70……ツェナーダイオード
の一実施例を示す回路図であり、ハンドピースの外部の
部分を示している。 第２図は、電気モータに付設する側の回路の実施例を示
すものであり、本発明に従った装置のうちハンドピース
の内部に収容する部分を示している。 第３図は、ハンドピース外部における発生出力と信号と
の関係を示す波形ダイアフラムである。 第４図は、ハンドピース内部における各発生信号間の関
係を示す波形ダイアフラムである。 ２……直流電圧源、３……高周波発生器、４……アース 5,5′……柔軟導電体、６……変圧器、７……１次巻線 ８……２次巻線、９……自己誘導コイル、10……リード
線 15……低周波発振器、16……変調回路 17……オンオフスイッチ、20……減結合コンデンサ 21……昇圧変圧器、22……アース、23……ブリッジ整流
器 24……出力端子、25……コンデンサ、26……抵抗器 27……整流器、28……コンデンサ 29……ツェナーダイオード、30……インバータ、31……
整流器 32……整流器31の他方の端子 33……フィルタリングコンデンサ、34……抵抗器 41……論理反転回路、42……インバータ 43,43′,43″……セル、44……インバータ 45,46,47……NANDゲート、50……論理制御回路 52,53……インバータ、54,55……NANDゲート 60……駆動回路、62……バワートランジスタ（Ｎ型） 63……保護抵抗器、65……パワートランジスタ（Ｐ型） 66……保護抵抗器、67……結合コンデンサ、68……抵抗
器 69……ダイオード、70……ツェナーダイオード
Claims (7)
- 【請求項１】ハンドピース内に設置した回転工具を駆動
するための電気的装置であって、 ハンドピースの外部に、 出力と、直流電圧源と、高周波電圧を供給するための発
生器と、前記高周波電圧を前記直流電圧に重ね合わせて
結果としての複合電圧を前記出力に印加するための手段
とから成る電気的供給手段、並びに 一端が前記出力に接続された２つの変形可能な導電体、
を含み、 更にハンドピースの内部に、 前記工具を回転させるようになっている磁化ロータを有
する多相ブラシレスモータ、 前記２本の導電体の他端に接続され、前記複合電圧を受
信して、それから前記直流電圧及び前記高周波電圧を分
離するようになっている手段、 前記ロータによって制御され、ロータの角度位置を表現
する論理信号を動作中に発生するようになっているセン
サ手段、 前記センサ手段によって発生した論理信号に応答して制
御信号を発生するようになっている論理制御回路、 前記モータに接続され、前記制御信号及び前記直流電圧
を受信するようになっており、前記モータに多相信号を
もたらしてそのロータを回転させる駆動回路、 並びに 前記高周波電圧を受信するようになっており、直流電圧
を前記センサ手段、前記制御論理回路及び前記駆動回路
へともたらす整流回路、 を含むことを特徴とする電気的装置。 - 【請求項２】前記電気的供給手段が、 前記高周波電圧を変調するための手段と、 該変調を制御するためのスイッチ手段とから成り、 第１の変調モードをもたらす第１の動作状態及び第２の
変調モードをもたらす第２の動作状態を有するスイッチ
手段とを含み、 前記ハンドピースが、その内部に、 高周波電圧を復調し論理信号を発生させる手段であっ
て、該論理信号の各レベルが２つの変調モードのうちの
１つを表現する手段と、 前記整流回路からの直流電圧が供給され、前記センサ手
段により発生した信号及び前記変調モードを表わす信号
を受信する論理反転回路であって、前記ロータを一方の
方向に回転させるための一方の変調モードに応答した前
記センサ手段からの論理信号に等しい論理信号及び前記
ロータを反対の方向に回転させるための他方の変調モー
ドに応答した前記センサ手段からの信号とは反対の論理
信号を前記論理制御回路へともたらす論理反転回路と を含むことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記
載の装置。 - 【請求項３】前記高周波電圧を前記直流電圧に重ね合わ
せるための前記の手段が、 前記高周波発生器により供給される１次巻線と、一端が
前記２つの導電体のうちの一方に接続された２次巻線と
を有する結合変圧器を含み、 前記直流電圧が前記２次巻線と他方の導電体との間に印
加され、且つ 前記高周波電圧から前記直流電圧を分離するための前記
の手段が、 １次巻線の一端が前記２つの導電体のうちの一方に接続
された分離変圧器と、 一端が前記１次巻線の他端に接続され、他端が前記第２
の導電体に接続されているコンデンサと、を含み、 動作中に前記高周波電圧が前記分離変圧器の２次巻線上
に現われ、前記直流電圧がコンデンサの両端子に現われ
る ことを特徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の装
置。 - 【請求項４】前記センサ手段が、光電型であることを特
徴とする特許請求の範囲第（１）項に記載の装置。 - 【請求項５】前記電気的供給手段が、前記直流電圧を調
節するための制御手段を含み、前記直流電圧の値が前記
ロータの回転の速度を決定することを特徴とする特許請
求の範囲第（１）項に記載の装置。 - 【請求項６】前記高周波電圧が、低周波電圧によって振
幅変調されることを特徴とする特許請求の範囲第（２）
項に記載の装置。 - 【請求項７】前記導電体の一方に、飽和可能自己誘導コ
イルが直列に設置され、前記２つの導電体を流れる直流
電圧の強度にかかわらず前記分離変圧器の２次巻線上に
現われる前記高周波電圧の振幅を与えることを特徴とす
る特許請求の範囲第（３）項に記載の装置。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CH2944/86A CH670341A5 (ja) | 1986-07-23 | 1986-07-23 | |
| CH02944/86-3 | 1986-07-23 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6348185A JPS6348185A (ja) | 1988-02-29 |
| JPH0783627B2 true JPH0783627B2 (ja) | 1995-09-06 |
Family
ID=4245143
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62184668A Expired - Fee Related JPH0783627B2 (ja) | 1986-07-23 | 1987-07-23 | ハンドピ−ス内に設置した回転工具を駆動するための電気的装置 |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4760317A (ja) |
| EP (1) | EP0254215B1 (ja) |
| JP (1) | JPH0783627B2 (ja) |
| AT (1) | ATE60470T1 (ja) |
| CH (1) | CH670341A5 (ja) |
| DE (1) | DE3767595D1 (ja) |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2637564B2 (ja) * | 1989-08-03 | 1997-08-06 | 三菱電機株式会社 | モータコントローラ回路内蔵マイクロコンピュータ |
| JPH06104000B2 (ja) * | 1989-08-12 | 1994-12-14 | 松下電工株式会社 | 充電式工具用ブラシレスモータ駆動回路 |
| US5343129A (en) * | 1990-06-18 | 1994-08-30 | Papst Licensing Gmbh | Drive circuit for a brushless direct-current motor |
| US5220258A (en) * | 1990-06-18 | 1993-06-15 | Papst-Motoren Gmbh & Co. Kg | Drive circuit for a brushless direct-current motor |
| US5550451A (en) * | 1992-05-18 | 1996-08-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Microcomputer with built-in motor control circuit |
| US5543695A (en) * | 1993-12-15 | 1996-08-06 | Stryker Corporation | Medical instrument with programmable torque control |
| FR2720263B1 (fr) * | 1994-05-26 | 1996-09-13 | Bien Air | Instrument dentaire comportant un organe électrique auxiliaire, tel qu'une lampe d'un dispositif d'éclairage. |
| US6017354A (en) * | 1996-08-15 | 2000-01-25 | Stryker Corporation | Integrated system for powered surgical tools |
| US6538403B2 (en) | 2000-01-07 | 2003-03-25 | Black & Decker Inc. | Brushless DC motor sensor control system and method |
| US6975050B2 (en) | 2000-01-07 | 2005-12-13 | Black & Decker Inc. | Brushless DC motor |
| US7058291B2 (en) | 2000-01-07 | 2006-06-06 | Black & Decker Inc. | Brushless DC motor |
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