JP2006340596A - ローラーブラインドを作動させるアクチュエータ及びこのアクチュエータを作動させる方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】電動機電力供給用の制御スイッチが開路状態でも簡単に制御命令を識別する。
【解決手段】アクチュエータ(ACT)は、位相(AC−H)及び中性(AC−N)導体にリンクされることになる巻線(W1、W1)が設けられた電動機を有し、巻線の2つの端部間にはコンデンサ(CM)が配設され、この端子が第1(P1)及び第2(P2)位相端子を形成し、巻線の共通端部を中性導体にリンクするべく電子ユニット(CPU)によって制御されるスイッチ(TR)と、ダイオード(D1、D2;D3、D4)の少なくとも1つのペアと(1つの同一のペアのダイオードは、同一タイプの電極により中性導体に接続された抵抗性の回路(RA、RB、DZ1、DZ2)に接続され、各ダイオードの他方の電極は、それぞれ第1及び第2位相端子にリンクされる)、ダイオードの導通状態を検出する手段(CS1、CS2)とを含む。
【選択図】図4
【解決手段】アクチュエータ(ACT)は、位相(AC−H)及び中性(AC−N)導体にリンクされることになる巻線(W1、W1)が設けられた電動機を有し、巻線の2つの端部間にはコンデンサ(CM)が配設され、この端子が第1(P1)及び第2(P2)位相端子を形成し、巻線の共通端部を中性導体にリンクするべく電子ユニット(CPU)によって制御されるスイッチ(TR)と、ダイオード(D1、D2;D3、D4)の少なくとも1つのペアと(1つの同一のペアのダイオードは、同一タイプの電極により中性導体に接続された抵抗性の回路(RA、RB、DZ1、DZ2)に接続され、各ダイオードの他方の電極は、それぞれ第1及び第2位相端子にリンクされる)、ダイオードの導通状態を検出する手段(CS1、CS2)とを含む。
【選択図】図4
Description
本発明は、請求項8の前文に定義されているアクチュエータに関するものである。又、本発明は、このアクチュエータを作動させる方法にも関係している。
このアクチュエータは、仕切り、太陽保護装置、投射スクリーン、又はこれらに類似したものなどの建物の内部の移動負荷を駆動するためのものである。
単相誘導電動機は、第1巻線と第2巻線を有しており、これらの2つの巻線は、各巻線の一端をリンクする共通ポイントを有している。第1巻線の他端は、第1位相端子にリンクされており、第2巻線の他端は、第2位相端子にリンクされている。これらの2つの他端間には、電動機コンデンサCMが配設されている。この結果、第1位相端子と共通ポイント間又は第2位相端子と共通ポイント間のいずれに電圧が印加されるかに応じて、コンデンサが第2巻線と直列に配置され、電動機が第1方向に回転するか、或いは、コンデンサが第1巻線と直列に配置され、電動機が第2方向に回転することになる。コンデンサと直列に接続された巻線を補助巻線と称し、もう一方のものを主巻線と称する。
このようなアクチュエータが単一の制御スイッチを有する場合に第1の問題が生じる(この制御スイッチは、中性導体上に配設されており、特に、障害物が検出されるか又は特定の位置に到達した際に電動機の電力供給を自動的に切断するべく使用されている)。実際に、このスイッチが開路状態にあれば、補助巻線を電流が流れないため、電動機コンデンサの端子電圧はゼロである。従って、電動機を制御しているスイッチが、本線の位相を第1端子P1にリンクした場合に、第2位相端子は、第1位相端子のものと等しい電位を取得することになり、この結果、印加された制御命令の特性を識別することができない。
これは、特段の影響を具備しないように思われるが、制御スイッチが閉路されると、電動機は、制御スイッチの位置によって決定される方向に必然的に回転する。実際に、(例えば、電動機のトルク分析による)負荷検出システムが電動機に装着されている場合には、相応して制御の閾値又はアルゴリズムを選択するべく、電動機の制御電子回路が、印加された制御命令を認識することが重要である。実際に、これらの閾値又はアルゴリズムは、負荷が駆動されているのか(例えば、ローラーブラインドの上昇)、或いは、負荷が駆動しているのか(例えば、ローラーブラインドの下降)に応じて異なったものになる。
第2の問題は、この制御スイッチが閉路した際に発生する。即ち、1つの方向において電動機に電力供給されている場合には、第1位置から第2位置への制御スイッチの突然の操作を識別する能力が不可欠である。このような電力供給の反転は、大きな過電流と機械的な衝撃の両方をもたらし、コンポーネントが早期に損耗することになる。
これらの問題は、特許文献1に具体的に記述されている。提案されている解決策は、位相シフトの計測値を使用して第1及び第2位相導体の電位間のわずかな位相差を識別するというものである。このアセンブリにおいては、マイクロコントローラに印加された電圧を低下させる抵抗器だけでなく、本線電圧を支持しなければならないコンデンサをも使用している。このようなコンデンサは高価である。この場合には、これらのコンポーネントが2つの機能を具備していることから、電圧位相シフトの計測値を使用して電動機の負荷を監視するケースにおいては、このコストオーバーヘッドにも拘らず、このアセンブリは興味深い。但し、後述するように、このような方法は、電動機コンデンサの端子電圧の計測値と比べて、その精度が低い。
第3の問題は、移動負荷に対するアクチュエータ電動機のトルクの間接的な計測に関係している。例えば、特許文献2などから、電動機コンデンサの端子電圧を使用することにより(又は、更に良好には、主巻線端子電圧と補助巻線端子電圧の様々な組み合わせにより)、このトルク(又は、このトルクの変動)を間接的に計測する方法が知られている。いずれのケースにおいても、トルク又はその変動の間接的な計測を実現するこれらの電圧の中の1つ又はその他のもの(或いは、これらの電圧の組み合わせ)の振幅を計測値が付与する正確な瞬間を簡単な方法によって識別可能である必要がある。
本発明の目的は、前述の問題点を克服すると共に、従来技術において既知のアクチュエータ及び方法を改善する、アクチュエータ及びアクチュエータを作動させる方法を提供することにある。具体的には、本発明によるアクチュエータ及び方法によれば、電動機への電力供給に使用される制御スイッチが開路状態にある場合にも、簡単な方法で制御命令を識別可能である。又、これらによれば、制御スイッチの突然の動作を検出することも可能である。
更には、本発明によれば、例えば、電動機コンデンサの端子電圧や巻線の中の1つの端子電圧などの電圧の中の1つの振幅を電圧計測値が付与する瞬間を簡単な方法によって識別可能である。具体的には、本発明によれば、電動機コンデンサと主巻線の端子の電圧の差に直接的に等しい(又は、これに比例した)量を直接的に計測可能である。
本発明によるアクチュエータは、請求項8の特徴部分によって特徴付けられている。
アクチュエータの様々な実施例は、従属請求項9〜13に定義されている。
本発明による動作方法は、請求項1に定義されている。
本発明による方法を実行する様々な方法は、従属請求項2〜7に定義されている。
又、本発明は、請求項14に定義されている計測方法にも関係している。
又、本発明は、請求項15に定義されているアクチュエータにも関係している。
添付図面は、本発明による装置の様々な実施例を例示している。
図1は、本発明によるアクチュエータACTを有する装置INS(登録商標)Tを示している。アクチュエータACTは、電力網の中性導体AC−Nとの永久リンクと、第1位相端子P1又は第2位相端子P2の電力網の位相導体AC−Hへの接続を実現する3位置反転スイッチKにより、商用交流電力網(例えば、230V/50Hz)に接続されている。尚、反転スイッチKは、第3位置においては、位相端子との接続を確立しない。反転スイッチKは、手動で制御可能である。又、例えば、高周波命令の受信機など、遠隔地から命令を受信する手段によって駆動されるリレーコイルにより、これを制御することも可能である。反転スイッチKは、必要に応じて、アクチュエータ内に内蔵可能である。
アクチュエータは、反転スイッチKが位相AC−Hを第1位相端子P1にリンクした際には、第1方向DIR1において負荷LDを駆動し、反転スイッチKが位相AC−Hを第2位相端子P2にリンクした際には、第2方向DIR2において負荷LDを駆動する。但し、アクチュエータの電動機MOTへの電力供給は、電動機の巻線W1及びW2の両方に共通するポイントN0と中性導体AC−Nの間に配設されている制御スイッチTRが閉じている場合にのみ、有効である。
制御ユニットCPUを使用することにより、負荷LDの動作を監視し、且つ、予測不能な障害物や固定停止点に起因して(或いは、場合によっては、制御ユニット内に保存されている特定の位置に負荷が到達した際に)異常な又は予想された電動機の負荷変動が発生した際などの特定の状況において、制御スイッチTRを開路する。本装置は、必要に応じて、制御ユニットCPUにリンクされた負荷位置センサSをも含んでいる。最も単純な装置の場合には、位置センサを有しておらず、必要に応じて、電動機の作動時間を計測することにより、位置を推定可能である。但し、負荷によって作用する力の計測値を具備することが有用である。
電動機の巻線W1及びW2の2つの非共通端部間には、電動機コンデンサCMが配設されている。又、電動機には、図の複雑化を回避するべく図示されてはいない固定ブレーキと減速歯車も含まれている。
又、アクチュエータは、2つのダイオードD1及びD2と、これらの2つのダイオードの共通陰極と中性導体の間に位置する抵抗性回路をも有している。第1ダイオードD1の陽極は、第1位相端子P1に接続されており、第2ダイオードD2の陽極は、第2位相端子P2に接続されている。抵抗性回路は、共通陰極Aと中性導体の間に直列で取り付けられた2つの抵抗器RA及びRCから構成されている。コンデンサの端子電圧が計測しないか又はこれを別の方法で計測している変形においては、単一の抵抗器で十分であろう。この電子回路の電気的接地GNDは、抵抗器の共通ポイントBにおいて、選択されている。1つの抵抗器Rのみを使用して抵抗性回路を形成する場合には、接地GNDは中性導体に接続される。
制御ユニットCPUは、正の電力供給端子VDDにリンクされたポイントAと負の電力供給端子VSSにリンクされた接地GNDの間の抵抗器RAの端子電圧により、電力供給されている。電圧降下及び調節コンポーネントを有する電源の詳細は、図示されていない。
2つの電流センサCS1及びCS2が、第1ダイオードD1を流れる電流と第2ダイオードD2を流れる電流を検出するべく、回路内に挿入されている。第1電流センサCS1の出力は、制御ユニットCPUの第1論理入力IN1に接続されており、第2電流センサCS2の出力は、制御ユニットの第2論理入力IN2に接続されている。それぞれの電流センサは、対応するダイオードが導通状態にある際に、対応する入力をHIGH状態にスイッチングする。この結果、制御ユニットCPUは、それぞれのダイオードD1、D2の導通又は遮断状態を識別可能である。
尚、「電流センサ」という用語は、電流センサが挿入されているブランチ内において電流の通過を検出できるようにする任意の手段を意味するものとして理解されたい。電流センサは、好ましくは、(発光ダイオードがセンサとして機能している)オプトカプラであるが、ホール効果センサなどのその他の半導体装置を使用することも可能である。同様に、「電流センサ」という用語は、本明細書においては、ダイオードの導通を識別できるようにする任意の手段を意味するものと理解されたい。従って、このケースにおいては、ダイオードの導通閾値を上回る電圧を検出し、且つ、この導通情報を制御ユニットCPUの入力に伝送する能力を有する装置が電流センサである。
又、アクチュエータは、2つのダイオードD3及びD4をも含んでおり、この共通陽極は、ポイントBにリンクされている。第3ダイオードD3の陰極は、第1位相端子P1にリンクされており、第4ダイオードD4の陰極は、第2位相端子P2にリンクされている。これらの役割については、後程詳述する。好適な一実施例においては、電流センサCS1及びCS2は、図4に示されているように、ダイオードD1及びD2を流れる電流ではなく、ダイオードD3及びD4を流れる電流を検出している。
位置情報をセンサSによって取得し、制御ユニットCPUの第3入力IN3に伝送する。この制御ユニットは、制御スイッチTRの駆動に使用される論理出力OUTを更に具備している。この制御スイッチは、リレー、トライアック(登録商標)、又はその他の半導体装置である。
図2は、制御スイッチTRが開路状態にある際のアクチュエータ装置の第1実施例の概略電気回路図である。この場合には、電動機の2つの巻線W1及びW2が、互いに直列接続されており、且つ、電動機コンデンサCと並列接続されている。従って、等価なダイポールXMは、すべて、抵抗性及び誘導性、或いは、抵抗性及び容量性である。
本線の位相導体が第1位相端子P1に接続されており、且つ、本線電圧が正である場合には、ダイオードD1を含む電流ブランチが、等価なダイポールXMとダイオードD2を含む電流ブランチを短絡する。実際に、ダイオードD2が導通状態となったと仮定すれば、等価なダイポールの端子電圧UCは、必然的に正であり、従って、ダイオードD1の端子電圧UD1は、電圧UD2を上回っている。結果は、ダイオードD2の導通量が大きくなるほど、その端子電圧の降下も大きくなるはずであるが、電圧UD1が制限されているため(これは、通常、0.8Vである)、これは不可能である。従って、ダイオードD2が遮断されることになる。換言すれば、本線の位相導体AC−Hが、第1位相端子P1にリンクされている際には、第1ダイオードD1が導通状態となり、第2ダイオードD2が遮断され、本線の位相導体AC−Hが第2位相端子P2にリンクされている場合には、第2ダイオードD2が導通状態となり、第1ダイオードが遮断される。従って、少なくとも制御スイッチTRが開路状態にある場合には、導通状態のダイオードの検出結果を使用することにより、アクチュエータに印加された制御命令を識別可能である。
図3は、抵抗回路が、ポイントA及びBと中性導体の間において、Tアーキテクチャを有しているアクチュエータ装置の第2実施例を概略的に示している。この場合には、図1の抵抗器RA及びRCに共通するポイントとダイオードD3及びD4の共通陰極を識別するポイントBの間に、抵抗器RBが配設されている。
図4も、ポイントA及びBと中性導体の間のTによって抵抗回路が形成されているアクチュエータ装置の第3実施例を示している。以前と同様に、抵抗器RBが配設されているが、以前のものとは異なり、抵抗器RCが、2つのツェナーダイオードDZ1及びDZ2によって置換されている。尚、本発明の好適な実施例を構成するこの第3実施例の一変形においては、1つのツェナーダイオードのみが使用されている。
図5は、ダイオードD3及びD4を有していない図1に示されている第1実施例の一変形のケースであって、制御スイッチKが位相導体を位相端子P1にリンクしており、且つ、制御スイッチTRが閉路状態にあるケースにおける電動機の巻線の端子及び電動機コンデンサCMの端子における電圧の時間の経過に伴うオシログラムを示している。従って、電動機には電力が供給されており、この場合に、巻線W1が主であり、巻線W2が補助である。このオシログラムは、電動機が正常な動作状態にある安定状態に対応している。この場合には、2つの巻線の端子電圧U1及びU2は、振幅が等しく、且つ、1/4周期(90°)だけ位相シフトしている。補助電圧U2が主電圧U1よりも先行している。コンデンサの端子電圧UCは、次式によって得られる。
UC=U1−U2
図5においては、UCの構造を容易に識別できるように、電圧−U2が破線によって示されている。第1ダイオードD1及び第2ダイオードD2の導通周期も、二重矢印によって示されている。
ダイオードD1は、主電圧U1が正であり、且つ、補助電圧U2を上回っている場合に、導通状態となる。ダイオードD2は、補助電圧U2が、正であり、且つ、U1を上回っている場合に、導通状態となる。この場合には、ダイオードD2がダイオードD1の前に導通状態となっていることに留意されたい(或いは、更に正確には、ダイオードD1の導通は、ダイオードD2の導通の直後に後続している)。これは、位相導体AC−Hと第2位相端子P2間に接触を形成するべく反転スイッチKが配設されている場合には、反転することになろう。従って、制御スイッチTRが閉じている際にダイオードのスイッチングシーケンスから反転スイッチKの位置を識別する手段も存在している。
いずれの場合にも、電流センサCS1及びCS2を使用することにより、1つ又はそれぞれの導通状態にあるダイオードが識別される。
図5には、ダイオードD2からダイオードD1へのスイッチングの際には、電圧UCがゼロであることも示されている(この理由は、このスイッチングの瞬間が、電圧U1及びU2が等しくなっている状態に対応しているためである)。従って、電圧UCを、その最大の瞬間において正確に計測するには、この瞬間から1/4周期(T/4)だけ待てばよい。従って、この計測は、簡単な論理信号と時間カウンタの組み合わせによって実現可能であり、この結果、制御ユニットCPU内に収容されているマイクロコントローラによるサンプリングは不要となる。
一般に、電動機に対して負荷が徐々に加わった場合には、その速度が減少し、補助電圧の振幅と主電圧に対するその位相シフトも同様に減少する。これらは、電力供給されている電動機がオフ状態において遮断された際に、最小となる。逆に、これらは、電動機が無負荷状態において回転している際に、最大となる。
図6は、電動機が無負荷状態で使用されているケースに対応している。この図6においては、補助電圧U2が主電圧U1より先行する量が、図5の状態と比べて増大しており、補助電圧U2の振幅も、20%だけ増大している。この組み合わせの影響により、コンデンサの端子電圧UCの振幅が大幅に増大している(従って、これは、特に、電動機の速度を表している)。この場合にも、電圧UCの振幅を計測するには、ダイオードD2及びD1のスイッチングから1/4周期だけ待てばよい。
電圧UCは、小さな変圧器を使用して容易に計測可能であるが、この手段は、高価であり、従って、ダイオードD3及びD4を内蔵する完備したアセンブリを使用すると共に、抵抗器RAの端子電圧を計測することが好ましい。
図7は、図1に示されている第1実施例のケースであって、制御スイッチKが位相導体を位相端子P1にリンクしており、制御スイッチTRが閉じており、電動機がこれらの正常な状態で動作しているケースにおける電動機の巻線の端子及び電動機コンデンサCMの端子における電圧の時間の経過に伴うオシログラムを示している。抵抗器RAの端子において計測される電圧URAが太線で示されている。
抵抗器RCが存在しない場合には、抵抗器RAの端子電圧は、非常に単純に、コンデンサCMの端子における全波整流電圧UCとなることに留意されたい。このようなアセンブリの場合には、電圧UCの振幅は計測可能であろうが、ダイオードのスイッチングシーケンスを識別することはできない(この場合には、導通は、アセンブリD1−D4とアセンブリD2−D3によって等しく処理される)。
2つの抵抗器RA及びRCが等しいと仮定する。1つの完全な周期は、いくつかの動作帯を示している。ダイオードD2からダイオードD1へのスイッチングの(電圧U1がU2を上回る)瞬間において分析を開始する。
ダイオードD1が導通状態にあるため、抵抗器RA内の電流は、電圧U1の半分に対する電圧U2の値に応じて、単に抵抗器RC内、或いは、抵抗器RC及びダイオードD4の両方内を循環可能である。D4の遮断状態を仮定する。これらの状態においては、この場合には、抵抗器RA及びRCが等しいため、電圧URCは、電圧U1の半分である(いずれにせよ、テブナン生成器(Thevenin generator)は、電圧U1及びすべての抵抗器と等価であると解釈されることになろう)。この電圧URCが電圧U2を下回っている限り、ダイオードD4は導通状態になり得ない。この結果、電圧URAは、電圧U2が電圧U1の半分を下回る瞬間まで、電圧U1の半分である。この瞬間から、ダイオードD4は導通状態となる。導通がダイオードD1及びダイオードD4を介して同時に発生するため、電圧URAは、電圧UCと等しくなる。この状況は、電圧U1が電圧U2を上回っている限り、継続する。電圧U2が電圧U1より大きくなった瞬間に、ダイオードD1、D2、D3、及びD4の同時スイッチングが発生する。ダイオードD2及びD3がターンオンし、ダイオードD1及びD4がターンオフする。電圧URAは、−UCに等しくなる。但し、ダイオードD3の導通は、無負荷の電圧URC(即ち、電圧U2の半分)が電圧U1を上回っている場合にのみ保証される。この条件が満足されなくなると、ダイオードD2のみが導通状態となり、電圧URAは電圧U2の半分に等しくなる。更には、電圧U1が電圧U2よりも大きくなると、ダイオードD2がターンオフし、ダイオードD1がターンオンする。
従って、この第1実施例の変形においては、スイッチングシーケンスから反転スイッチKの位置を確立するべく検討する対象のダイオードは、ダイオードD3及びD4であり、ダイオードD1及びD2ではない。ダイオードD1からダイオードD2へ、並びに、ダイオードD2からダイオードD1へのスイッチングは、瞬間的なものであり、ダイオードD4からダイオードD3へのスイッチングも瞬間的なものであるが、ダイオードD3からダイオードD4へのスイッチングは、そうではない。このことから、反転スイッチは、ダイオードD4とダイオードD3の間に瞬間的なスイッチングが存在する場合には、本線の位相導体を位相端子P1にリンクし、ダイオードD3とダイオードD4の間に瞬間的なスイッチングが存在している場合には、本線の位相導体を位相端子P2にリンクすると結論付けることが可能である。
D4とD3の間の瞬間的なスイッチングの検出結果を使用することにより、電圧UCがゼロである瞬間を判定する。又、これは、本線電圧周期の1/4に等しい持続時間が経過した際に電圧UCの計測を起動する時間カウンタのトリガにも使用される。この場合には、この計測から、電圧UCの振幅と、従って、電動機に印加されている負荷と、を容易に推定可能である。
本発明による装置は、抵抗器RA及びRCのそれぞれの位置(例えば、抵抗器RCは、ダイオードD1及びD2の共通陽極と中性導体の間に配置可能である)と電気的接地の選択肢に応じて、非常に多数の変形を有している。図3に示されているように、第3抵抗器RBを有するTアセンブリも使用可能である。抵抗器の値及び特性は、ダイオードD1−D2間及びダイオードD3−D4間の両方において単純なスイッチング状態の発生を防止するべく、選定される。センサCS1及びCS2は、非導通周期を提示しているダイオードのペアに配設される。
図4は、Tアセンブリの非常に興味深い変形を示しており、抵抗器RCが、第1変形においては、少なくとも部分的に、2つのツェナーダイオードDZ1及びDZ2によって置換されており、第2変形においては、単一のツェナーダイオードDZ1によって置換されている。それぞれのツェナーダイオードは理想的なものであると仮定する(即ち、この端子電圧は、順方向に導通状態にある場合には、ゼロであり、逆方向に導通状態にある場合には、UZである)。
図8のオシログラムは、2つの同一のツェナーダイオード及び2つの同一の抵抗器RA及びRBを使用するケースの電圧U1、U2、及びUCを示している。
ダイオードD1が導通状態にある際には、抵抗器RAを流れる電流は、・分割され、ダイオードDZ1及びDz2の組とダイオードD4を通じて流れるか、・又は、ダイオードD4が遮断状態にある際には、ダイオードDZ1及びDZ2の組を通じてすべて流れるか、・或いは、電圧U1、U2及び抵抗器RA、RBに等価なテブナン生成器の電圧が電圧UZを下回っている場合には、ダイオードD4を通じてすべて流れる。
ダイオードD4は、電圧U2がUZを上回っている場合に、遮断される。
ダイオードD4が導通状態にある場合には、抵抗器RBを通じて流れる電流は、・ダイオードDZ1及びDZ2の組とダイードD1から生成されるか、・又は、ダイオードD1が遮断状態にある場合には、ダイオードDZ1及びDZ2の組を通じてすべて流れるか、・又は、電圧U1、U2及び抵抗器RA、RBに等価なテブナン生成器の電圧がUZを下回っている場合には、ダイオードD1を通じてすべて流れる。
ダイオードD1は、電圧U1が−UZを下回っている場合に、遮断される。
2つのツェナーダイオードの組の端子電圧UDZは、ツェナーダイオードDZ1が逆方向に導通状態にある場合には、−UZであり、ツェナーダイオードDZ2が逆方向に導通状態にある場合には、+UZである。ダイオードDZ1及びDZ2の組の端子電圧UDZは、ツェナーダイオードの非導通位相において、破線によって表されている。特に、電圧UCが最大である際に、この電圧UDZがゼロであることに留意されたい。この瞬間においては、電圧URAは、電圧UCの半分に等しく、従って、コンデンサの端子電圧UCの振幅にアクセスするには、ダイオードD2及びD1間の瞬間的なスイッチング(又は、ダイオードD4及びD3間の瞬間的なスイッチング)の後の1/4周期(T/4)において電圧URAを計測すればよい。
本装置の第3実施例の第2変形による装置は、ツェナーダイオードDZ2が短絡によって置換されている点(図4の破線)が前述の装置と異なっている。この場合には、電圧UDZは、ツェナーダイオードDZ1が順方向に導通状態にある場合には、ゼロであり、逆方向に導通状態にある場合には、−UZである。この不均衡は、ダイオードD3及びD4の導通時間を短縮する傾向を有している。この変形の主要な興味深い点は、この場合には、ダイオードD3及びD4の導通の瞬間の開始及び終了が、電圧U2又はU1が相殺される瞬間にリンクしているという点である。具体的には、電圧U1は、ダイオードD3の導通の終了の後の1/4周期において、最大(本線電圧の振幅)である。ダイオードD1の導通レンジ内においては、URA=U1である。
換言すれば、ダイオードDZ2を有していない図4のアセンブリによれば、・ダイオードD4及びD3間の瞬間的なスイッチングを分析することにより、制御スイッチによって印加された制御命令を識別可能であり、・ダイオードD4及びD3間の瞬間的なスイッチングの後の1/4周期において電圧URAを計測することにより、電圧UCの振幅を計測可能であり、・ダイオードD3の導通の終了の後の1/4周期において(制御スイッチKが位置P1にある場合)又はダイオードD4の導通の終了の後の1/4周期(制御スイッチKが位置P2にある場合)において電圧URAを計測することにより、本線電圧の振幅UMAXを計測可能であり、・パワー又はトルクを低減した状態で電動機に電力供給することを所望する場合には、本線と同期した状態で制御スイッチTR(例えば、トライアック(登録商標))を制御可能である。
或いは、この代わりに、ダイオードD4の導通の開始時点により(制御スイッチKが位置P1にある場合)、又は、ダイオードD3の導通の開始時点により(制御スイッチKが位置P2にある場合)、振幅UMAXの計測の瞬間を定義することも可能である。
どのような方法の場合にも、振幅UMAXの計測を「第1計測」と呼ぶが、この「第1」という言葉は、時間的な意味を具備してはいない。
抵抗器RBの端子電圧は、ダイオードD3が導通状態にある場合には、U1に等しい(ダイオードDZ1の反対の導通によって生成される電圧UDZは、無視可能である)。ダイオードD2も導通状態にある場合には、抵抗器RB及びRAの直列の組の端子電圧は、電圧UCに等しい。これらの条件下においては、ダイオードD2及びD3の同時導通が存在している場合には、すべての時間インターバルにおいて、電圧URAの計測により、瞬間的な差(U1−UC)に等しい値が付与される(図9の左側部分)。ダイオードD3が導通を開始した瞬間の後の1/4周期において実行される計測により、電圧U1だけ減少した電圧UCの値が付与される(即ち、この瞬間においては、sin(T/4)=0.707であるため、これは、0.707UMAXである)。実際には、電圧U1は、負であり、その値は、0.707UMAXであり、電圧−UCは、正であり、且つ、最大である。この計測を「第2計測」と呼ぶが、この「第2」という言葉は、時間的な意味を具備してはいない。
第2計測及び第1計測を使用することにより、電圧UCの振幅を正確に算出可能である。主な興味の対象が電圧UCの振幅変動であるため、第2計測の結果は、電圧に関する合成情報を含んでいる。本線の電圧が一定であれば、計測ダイナミックレンジは、電圧振幅UC全体の計測の場合と比べて、良好なものとなる。本線の電圧が変動する場合には、この変動が、抵抗器RAの端子について計測される複合電圧の2つの成分に影響を与える。従って、トルクの間接的な計測精度が優れている。
従って、第1計測を実行することなしに、第2計測のみを実行可能である。
図4においては、電気的接地GNDが抵抗器RA及びRBの共通ポイントに配置されていることに留意されたい。制御ユニットCPUの負端子VSSは、接地GNDに接続されており、正端子VDDは、ツェナーダイオードDZ1の陰極に接続されている。アナログ入力IN0を使用して電圧URAを計測している。論理入力IN1及びIN2は、ダイオードD3及びD4の導通状態に関する情報を提供する電流センサCS1及びCS2に接続されている。制御ユニットCPUは、例えば、8つのリードのみを有するパッケージ内のマイクロプロセッサから構成可能である。
図10は、制御命令(即ち、制御スイッチKの位置)を識別する方法と、電動機コンデンサCMの電圧を計測する方法と、の両方を実行する第1の方法を示している。方法を実行するこの方法については、ダイオードD3及びD4の瞬間的なスイッチングを使用することによって制御スイッチKの位置を識別する図4の構成を前提として説明する。
本方法は、ポイントSTにおいて始まっている。アクチュエータがアイドル状態S0にあるものと仮定しており、内部メモリを使用してアクチュエータの現在の状態を保存する。第1段階T1において、試験を実行し、2つのダイオードD3及びD4の1つのみがそれぞれの周期において作動しているかどうかをチェックする。
これが真である場合には、本方法は、段階T2に進み、試験を実行することにより、アクチュエータの現在の状態がアイドル状態S0であるかどうかをチェックする。アイドル状態にある場合には、本方法は、段階E1及びE2に進み、ダイオードD3又はダイオードD4の導通が検出されたかどうかに応じて、第1方向における電動機の回転に対応した新しい状態S1、或いは、第2方向における電動機の回転に対応した新しい状態S2をメモリ内に保存し、次いで、制御スイッチTRを閉じる。アイドル状態にない場合には、異常が存在しており、段階E3において制御スイッチTRを開路し、次いで、段階E4において、アクチュエータのアイドル状態S0をメモリ内に保存する。或いは、この代わりに、障害検出状態SAをメモリ内に保存することも可能である。段階E2又はE4の後に、本方法は、ループしてポイントSTに戻る。
試験T1において、2つのダイオードD3及びD4がそれぞれの周期において作動していることが検出された場合には、本方法は、ダイオードD3及びD4間の瞬間的なスイッチングシーケンスの判定に使用される試験段階T3に進む。瞬間的なスイッチングが、ダイオードD3からダイオードD4に発生している場合には、本方法は、段階T5に進む。一方、(図9と同様に)ダイオードD4からダイオードD3に発生している場合には、本方法は、段階T4に進む。これらの試験段階T4及びT5においては、チェックを実行し、検出されたスイッチングが、メモリ内に保存されている状態と一致していることを確認する。一致していない場合には、段階E6において、制御スイッチTRを開路し、次いで、段階E7において、アクチュエータのアイドル状態S0をメモリ内に保存する。このケースは、実際には、先行する状況に対する制御スイッチK1の位置の突然の変化に対応している。従って、アクチュエータを停止させることにより、負荷の動的駆動チェーンにおける衝撃を回避することが不可欠である。
段階T4において、検出されたスイッチングが、メモリ内に保存されている状態と一致している場合には、本方法は、段階E5に進み、例えば、電圧URAの計測から、ダイオードD4の導通の終了時点において(或いは、等価な方法において、ダイオードD3の導通の開始時点において)本線周期の1/4の時間遅延をトリガし、この後に、電圧UCをサンプリングする。同様に、段階T5の後に、検出されたスイッチングが、メモリ内に保存されている状態と一致している場合には、本方法は、段階E8に進み、ダイオードD3の導通の終了時点において(或いは、等価な方法において、ダイオードD4の導通の開始時点において)、本線周期の1/4の時間遅延をトリガし、この後に、電圧UCをサンプリングする。
次いで、本方法は、電圧UCの時間の経過に伴う傾向をチェックする段階E9に進む。この段階においては、電圧UCの変動を通じて異常な速度変動が検出された場合に、必要に応じて、制御スイッチTRを開路することができる。
次いで、本発明は、ループしてポイントSTに戻る。
段階E5、段階E8、及びE9は、詳しくは、コンデンサ電圧UCを計測する方法に対応しており、その他の段階は、制御を識別し、アクチュエータの状態をその制御に適合させる方法を示している。
本方法は、特に、アクチュエータの状態を識別するために回路のトポロジーがダイオードD1及びD2の使用に結び付いているケースにおいて、多数の変形を有している。
ダイオードD3及びD4の同時導通を検出するための中間試験段階を試験段階T1及びT2の間に挿入することも可能である。実際に、位相端子P1及びP2を本線の位相導体AC−Hにリンクする2つの制御キーを同時に押下することにより、特定の制御命令又はプログラミング命令を構成可能である。
最後に、本方法の一変形は、第3実施例の第2の変形において、ダイオードD3の導通の終了の後の1/4周期において(制御スイッチKが位置P1にある場合)又はダイオードP4の導通の終了の後の1/4周期において(制御スイッチKが位置P2にある場合)電圧URAを計測することにより、本線電圧の振幅を計測するというものでもある。この変形は、前述の内容から単純に推定されるものであり、本線電圧に関する知識により、この電圧の変動を補償可能である(この電圧の変動は、電圧UCに反映されており、且つ、トルクの変動と解釈してはならない)。
従って、UCの時間の経過に伴う傾向をチェックするブロックE9においては、2つの電圧の比率(UC/Umains)に等しい低減された変数を使用しており、この低減された変数は、本線電圧の変動に対して敏感ではない。
方法を実行する第2の方法が図11に示されている。初期制御方向の判定が完了した後に1つのダイオードの導通のみを分析しているため、この方法は、先程の方法よりも簡単である。本方法においては、特に図4及び図9を参照する。
本方法は、ポイントSTにおいて始まっている。アクチュエータは、当初、アイドル状態S0にあるものと仮定する。第1試験段階E10を使用し、ダイオード(D3、D4)の1つが導通状態にあるどうかを判定する。いずれのダイオードも導通状態になければ、本方法は、この試験段階においてループする。ダイオードD3が導通状態にある場合には、本方法は、段階E11に進み、第1方向DIR1における電動機の回転に対応した状態S1を保存する。次いで、本方法は、例えば、入力IN1における信号の立ち上がり又は立ち下がりエッジに対する制御ユニットからの割り込みを許容することにより、ダイオードD3の監視に集中する。
制御スイッチTRを閉路する。この結果、負荷状態が正常であれば、図9に示されているように、ダイオードD3に加え、ダイオードD4が導通を開始する。
ダイオードD3の導通が終了した際に、本方法は、段階E12に進む。この段階の機能は、必要に応じて、時間遅延TSCRを起動することにある。実際には、前述のように、ダイオードD3の導通の終了は、制御スイッチTRによる本線波形の部分的なチョッピングを伴う動作を必要に応じて起動するための本線同期化信号として使用されている。制御スイッチがトライアック(登録商標)タイプである場合には、時間遅延TSCRによってタイミング設定された第1ファイアリングと、1/2周期(T/2)(50Hzの場合には、10msである)だけオフセットされた第2ファイアリングを誘発することが有利である。
次いで、第2時間遅延TSCR+T/2も起動する。尚、トライアック(登録商標)制御の詳細については、当業者に周知であり、ここでは、更に詳細な説明は省略する。
又、段階E12においては、このダイオードD3の導通の瞬間の終了を使用することにより、本線電圧の周期の1/4(T/4)(これは、50Hzの場合には、5msである)に等しい持続時間の第1計測時間遅延(これは、Tempo_U0と表記される)をも起動している。
後でダイオードD3が導通を開始すると、これは、必然的に、導通を停止するダイオードD4との自然なスイッチング(瞬間的なスイッチング)となる。次いで、本方法は、ダイオードD3の導通エッジの開始時点において、段階E13に進み、本線電圧周期の1/4(T/4)(これは、50Hzの場合には、5msである)に等しい持続時間の(Tempo_UCと表記されている)第2計測時間遅延を起動する。
この段階E13においては、電圧URAも計測する。実際には、この電圧URAは、D3が導通を開始した瞬間においては、通常、ゼロである。これがゼロでない場合には、反転スイッチKが動作した直後であり、制御スイッチTRを開路することにより、電動機を即座に停止させることが不可欠である。電圧URAに関するこの試験及び対応したアクションは、段階E17において実行される。制御スイッチTRを開路してアイドル状態に戻る場合には、アクチュエータの状態をメモリ内に保存し、本方法は、ポイントSTにループして戻る。そうでない場合には、本方法は、第1計測時間遅延Temp_U0の終了に伴って、段階E18に進む。この瞬間において、電圧URAの新しい計測を実行する。この計測により、本線電圧の振幅の判定に使用可能な値が付与される。段階E19において使用するべく、この値を保存する。
次いで、本方法は、第2計測時間遅延Tempo_UCの終了に伴って、段階E19に進む。この瞬間において、電圧URAの新しい計測を実行する。この計測により、電圧UCの振幅に関する情報が提供される。従って、これを使用することにより、電圧UCの振幅変動を分析可能である。(前述のように)本線電圧の変動に従って、電圧UCの値を補正する。
段階E20において、絶対値又は相対値として、或いは、当業者に既知の任意の方法に従って、電圧UCの時間の経過に伴う変動を分析し、停止点又は障害物の存在を判定する。例えば、電圧UCの大幅な減少は、停止点によって誘発される。この場合には、制御スイッチTRが永久に開路され、アクチュエータは、アイドル状態S0に復帰する。
段階E14〜E16は、段階E10におけるダイオードD4の導通状態により、実行される。これらの段階は、起動する対象が状態S2であり、且つ、この場合には、ダイオードD4の導通を使用することによってアクションを要する瞬間を判定しているという点を除いて、段階E11〜E13に類似している。
これらの方法は、低減された電圧を取得するべく、例えば、90°の位相シフトを伴って本線電圧と同期した状態で制御スイッチを閉じる場合にも同様に適用される。選択された位相シフト値に従って、計測する瞬間を変更可能であろう。位相シフトが90°に等しい場合には、例えば、ダイオードD4及びD3間の整流の瞬間に、複合電圧UC−U1に関する有用な情報を付与する計測値を直接的に取得可能である。
又、本発明は、前述のもの以外のその他の手段によってその特性が判明しており、制御命令を識別する必要がない場合にも適用可能である。この場合には、本発明の手段は、電動機のトルク変動の計測に有用である。当業者であれば、例えば、比較器を使用することにより、本発明を任意の装置に適合し、電圧U1及びR2の等価性によって整流を明確に識別することができよう。本発明に従ってトルク変動を計測する方法が図12に要約されている。
この方法は、電圧の等価性を検出する第1段階E21、次いで、周期の1/4に等しい持続時間を具備した待機段階E22、並びに、検出の後の周期の1/4において実行される電圧計測段階E23を有している。計測段階は、電動機のコンデンサ端子における電圧UCの一部又は全体を含む複合電圧に関係している。
処理段階E24において、複合電圧の変動を分析し、停止信号の存在を推定する。このような停止信号が存在している場合には、段階E25において、制御スイッチTRを開路し、電動機に対する電力供給を停止する。
図13は、電動機を具備し、且つ、2つの位相導体P11及びP12によって電力が供給されている簡単な装置を示している(2つの位相導体の一方又は他方は、規定されていない(図示されていない)手段により、本線の位相に接続される)。電動機は、以前と同様に、共通ポイントN0を具備する第1巻線W1及び第2巻線W2を含んでおり、それぞれの非共通端部は、電動機コンデンサCMの端子と位相導体の中の1つに接続されている。
制御ユニットCTLは、第1入力IN11によって第1位相導体P11に接続され、第2入力IN12によって第2位相導体P12に接続され、且つ、接地端子GNDによって中性導体AC−Nに接続されており、この中性導体自体は、制御スイッチTRによって共通ポイントN0に接続されている。この制御ユニットによれば、入力の1つと接地間の単純な電圧計測のみならず、例えば、2つの入力間の差分電圧(これは、本明細書においては、電圧UCである)などの複合電圧の計測も可能である。出力OUT10により、制御スイッチTRを制御可能である。
Claims (15)
- 交流電圧源の位相導体(AC−H)及び中性導体(AC−N)にリンクされるアクチュエータ(ACT)を作動させる方法において、
前記アクチュエータは、
一端(N0)によってリンクされた2つの巻線(W1、W2)が設けられた単相誘導電動機(MOT)と、
前記巻線の他端のそれぞれの間に配設され、且つ、その端子が、第1位相端子(P1)及び第2位相端子(P2)を形成している永久的なコンデンサ(CM)であって、前記位相導体は、第1位相端子に接続され、第1方向(DIR1)における前記電動機の回転を制御し、且つ、第2位相端子に接続され、第2方向(DIR2)における前記電動機の回転を制御している、永久的なコンデンサ(CM)と、
前記巻線の前記共通端部(N0)を前記中性導体にリンクするべく電子制御ユニット(CPU)によって制御されているスイッチ(TR)と、
ダイオード(D1、D2、D3、D4)の少なくとも1つのペアであって、1つの同一のペアの前記ダイオードは、同一タイプの電極により、前記中性導体に接続された少なくとも抵抗性(RA、RC;RA、RB、RC;RA、RB、RC、DZ1、DZ2)の回路に接続されており、それぞれのダイオードの他方の電極は、それぞれ、前記第1位相端子と前記第2位相端子に接続されている、ダイオードの少なくとも1つのペアと、
前記電子制御ユニットにリンクされた前記2つのダイオードのそれぞれの導通状態を検出する手段(CS1、CS2)と、
を有し、
前記方法は、
前記ダイオードの前記導通状態を分析し、前記アクチュエータの状態及び/又は制御命令の特性及び/又は前記電圧源からの電圧の振幅及び/又は前記永久的なコンデンサからの電圧の振幅及び/又は前記制御スイッチを駆動する信号を判定する段階を含むことを特徴とするアクチュエータの作動方法。 - 前記ダイオードの前記導通状態を分析する段階を使用することにより、前記位相導体が前記第1位相端子又は前記第2位相端子のいずれにリンクされているのかを判定する請求項1記載の作動方法。
- 2つのダイオード間における瞬間的なスイッチングの後の前記電圧源の電圧の略1/4の周期において、前記永久コンデンサの端子電圧(VC)を直接的又は間接的に計測する段階を有する請求項1または2に記載の作動方法。
- 2つのダイオード間における瞬間的なスイッチングの後に発生する前記コンデンサの前記端子における前記電圧を直接的又は間接的に計測する段階が実質的に非ゼロの結果を付与した場合に、前記制御スイッチを開路する請求項1乃至3の何れか1項に記載の作動方法。
- 第2ダイオードとのスイッチングを伴わないダイオードの導通の終了の後の前記電圧源の電圧の略1/4の周期において発生する前記電圧源の前記電圧を計測する段階を含む請求項1乃至4の何れか1項に記載の作動方法。
- 前記電圧の計測は、前記少なくとも抵抗性の回路の中の1つの同一の要素(RA)の端子において実行される請求項1乃至5の何れか1項に記載の作動方法。
- 前記制御スイッチは、前記電圧源と同期した状態で作動し、この同期信号は、第2ダイオードとの瞬間的なスイッチングを伴わない第1ダイオードの導通の終了によって判定される請求項1乃至6の何れか1項に記載の作動方法。
- 交流電圧源の位相導体(AC−H)及び中性導体(AC−N)にリンクされ、且つ、
一端(N0)によってリンクされた2つの巻線(W1、W2)が設けられた単相誘導電動機(MOT)と、
前記巻線の他端のそれぞれの間に配設され、その端子が第1位相端子(P1)と第2位相端子(P2)を形成している永久的なコンデンサ(CM)であって、前記位相導体は、前記第1位相端子に接続され、第1方向(DIR1)における前記電動機の回転を制御し、且つ、前記第2位相端子に接続され、第2方向(DIR2)における前記電動機の回転を制御している、永久コンデンサ(CM)と、
を有するアクチュエータ(ACT)において、
前記巻線の共通端部を前記中性導体にリンクするべく電子制御ユニット(CPU)によって制御されているスイッチ(TR)と、
ダイオード(D1、D2;D3、D4)の少なくとも1つのペアであって、1つの同一のペアの前記ダイオードは、前記中性導体に接続された少なくとも抵抗性(RA、RC;RA、RB、RC;RA、RB、RC、DZ1、DZ2)の回路に同一タイプの電極によって接続されており、それぞれのダイオードの他方の電極は、それぞれ、前記第1位相端子及び前記第2位相端子にリンクされている、ダイオードの少なくとも1つのペアと、
前記電子制御ユニットにリンクされた前記2つのダイオードのそれぞれの導通状態を検出する手段(CS1、CS2)と、
を有することを特徴とするアクチュエータ。 - 整流器ブリッジアセンブリを形成する2つのその他のダイオードを含んでおり、この入力端子は、前記コンデンサ端子にリンクされており、この出力端子は、前記ダイオードの共通陽極と共通陰極の間に配設された少なくとも1つの第1抵抗器(RA)に電力を供給しており、且つ、前記第1抵抗器の端部の1つと前記中性導体との間に配設された少なくとも1つの電気的ブランチ(RC;DZ1、DZ2)を有している請求項8に記載のアクチュエータ。
- 前記第1抵抗器の端子における電圧を計測する手段(CPU、IN0)を含む請求項8または9に記載のアクチュエータ。
- 前記電気的ブランチは、ツェナーダイオード(DZ1、DZ2)を含んでいる請求項8乃至10の何れか1項に記載のアクチュエータ。
- 前記電子制御ユニットの電力供給端子は、前記ツェナーダイオード(DZ1)の端子にリンクされている請求項8乃至11の何れか1項に記載のアクチュエータ。
- 前記電子制御ユニットは、請求項1乃至7の中の何れか1項に記載の方法を実行するソフトウェア手段を有している請求項8乃至12の何れか1項に記載のアクチュエータ。
- ホームオートメーション装置において負荷を駆動するアクチュエータ内において、主巻線(W1)と、補助巻線(W2)と、電動機コンデンサ(CM)とを有する誘導電動機のトルク変動を計測する方法において、
主巻線端子電圧と補助巻線端子電圧が等しい瞬間を検出する段階と、
前記検出段階の後の周期の1/4において、少なくとも前記電動機コンデンサ端子電圧を含む電圧を計測する段階と、
を有することを特徴とする方法。 - 請求項14記載の方法を実行するためのハードウェア手段(CPU、IN1、IN2;CTL、IN1、IN2)とソフトウェア手段とを含むアクチュエータ。
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