JP2016501509A - 電動機を駆動している間、電動機ジッタを低減するためのシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

電動機を駆動するための装置は、制御信号に応答してパルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するように構成された駆動信号発生回路を備える。検出回路は、電動機の速度を監視するために電動機から整流信号を受け取るように結合される。制御信号発生回路は、パルス幅変調駆動信号の周波数が電動機の位相の継続期間に対応し、それにより駆動信号上の不完全パルスの発生が少なくなるよう、制御信号を動的に生成するように構成される。また、電動機を駆動するための方法が同じく開示される。

Description

[0001]本開示は、電動機を駆動するための回路、システムおよび方法に関し、より詳細には、電動機を駆動している間の電動機ジッタの低減に関する。

[0002]ブラシレスＤＣ（ＢＬＤＣ：Ｂｒｕｓｈｌｅｓｓ ＤＣ）電動機を正確に制御し、駆動し、かつ、調整するための回路は多くの用途で必要である。これらの回路は、しばしば、電動機への電力を制御するために使用されるパルス幅変調（ＰＷＭ：Ｐｕｌｓｅ−Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ）駆動信号を生成する。

[0003]知られているように、ＢＬＤＣ電動機は複数のコイルを含むことができる。これらのコイルは、エネルギーが供給されると電動機を回転させる。しかしながら電動機を連続的に回転させるためには、電動機コントローラ回路は、これらのコイルのうちの１つまたは複数（すべてではなく）に一度ずつエネルギーを供給し、特定の順序でコイルにエネルギーを供給し、異なる時間に前方向および後方向にコイルにエネルギーを供給し、等々を実施しなければならないことがある。コイルにエネルギーが供給される時間期間は、しばしば、電動機のいわゆる「位相」と呼ばれている。

[0004]コイルにエネルギーが供給されるシーケンスおよびタイミングは、ＢＬＤＣ電動機の設計によって決まる。一例として、特定のＢＬＤＣ電動機は、電動機を回転させるために、連続的に、すなわちラウンドロビン方式でエネルギーを供給しなければならない３つのコイルを有することができる。このような電動機は３つの「位相」を有することができる。個々の位相では、３つのコイルのうちの異なる１つまたは複数にエネルギーが供給される。電動機が回転すると、位相が変化し、電動機ドライバは、電動機の回転を維持するために次の１つまたは複数のコイルにエネルギーを供給することができる。

[0005]２００９年９月１５日に発行された米国特許第７５９０３３４号、２０１０年６月２９日に発行された米国特許第７７４７１４６号、２０１１年１０月１２日に出願された米国特許出願第１３／２７１７２３号、および２０１２年８月２９日に出願された米国特許出願第１３／５９５４３０号に、いくつかの知られている電動機駆動回路が記載されており、これらの各々は、参照により本明細書に組み込まれており、また、これらの各々は、本発明の譲受人に譲渡されている。

[0006]特定の電動機用途では、電動機ジッタ、すなわち電動機の仮定された周期信号の真の周期性からの望ましくない逸脱を最小にすることが望ましい。言い換えると、ジッタは、電動機速度または電動機速度を表す信号を、何げなく、または不意に変化させ、または変動させる傾向であってもよい。ジッタは様々な刺激によって生じ得る。例えばＰＷＭ駆動信号上の不完全パルス、すなわち短パルス（すなわち正規の継続期間より短いパルス）は、電動機に印加される電力の量を変動させることがあり、したがって電動機の速度を変動させることがある。

[0007]以上に鑑みて、電動機ジッタの発生を少なくすることができる電動機制御回路および関連する方法を提供することが望ましい。

[0008]本発明は、電動機ジッタの発生を少なくすることができる電動機制御回路および関連する方法を提供する。

[0009]一態様では、電動機を駆動するための方法は、電動機への電力を制御するためのパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号を生成するステップを含む。また、パルス幅変調駆動信号上のパルスの周波数を制御するための制御信号が同じく生成される。駆動信号上の不完全パルスの発生を少なくするために、電動機の位相の継続期間が監視され、また、パルスの周波数が電動機の位相の継続期間に関連する値に設定される。

[0010]いくつかの実施形態では、上記方法は、以下の態様のうちの１つまたは複数を含むことができる。

[0011]上記方法のいくつかの実施形態では、パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するための追加制御信号が生成され、電動機の位相が変化すると、パルスを生成するために使用される制御信号を切り換えることができる。

[0012]上記方法のいくつかの実施形態では、駆動信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）信号である。

[0013]いくつかの実施形態では、上記方法は、制御信号が閾値を横切ると、駆動信号をトグルすることによってパルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するステップをさらに含む。

[0014]上記方法のいくつかの実施形態では、閾値は、パルスの幅を制御するための可変閾値である。

[0015]いくつかの実施形態では、上記方法は、電動機の個々の位相の間、約２個から約６個のパルスがパルス幅変調駆動信号上に生成される値にパルスの周波数を設定するステップをさらに含む。

[0016]上記方法のいくつかの実施形態では、周波数は、電動機の位相が終了すると一度ずつ表明されるパルス幅変調駆動信号の発生を少なくすることによって不完全パルスの発生を少なくする値に設定される。

[0017]いくつかの実施形態では、上記方法は、パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するために１つまたは複数の追加制御信号を生成するステップと、電動機の位相が変化すると、パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するために使用される制御信号を交互に切り換えるステップとをさらに含む。

[0018]上記方法のいくつかの実施形態では、周波数を設定するステップは、電流がコンデンサを充電する速度を制御するステップを含む。

[0019]上記方法のいくつかの実施形態では、周波数を設定するステップは、制御信号が立ち上がり、かつ、立ち下がる速度を制御するために、１つまたは複数のコンデンサを選択的に制御信号に結合するステップを含む。

[0020]上記方法のいくつかの実施形態では、電動機の位相の継続期間を監視するステップは、電動機からの逆ＥＭＦ信号、磁界センサからの信号およびレゾルバからの信号のうちの１つから整流信号（ｃｏｍｍｕｔａｔｉｏｎ ｓｉｇｎａｌ）を受け取るステップを含む。

[0021]上記方法いくつかの実施形態では、磁界センサは、ホール効果素子、磁気抵抗素子および磁気トランジスタのうちの１つまたは複数を備える。

[0022]上記方法のいくつかの実施形態では、制御信号は三角波信号である。

[0023]他の態様では、電動機を駆動するための装置は、制御信号に応答してパルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するように構成された駆動信号発生回路を備える。電動機から整流信号を受け取り、かつ、電動機の位相の継続期間を監視するように結合された検出回路も同じく含まれている。制御信号発生回路は、電動機の位相の継続期間に対応する値へのパルスの周波数、それにより駆動信号上の不完全パルスの発生が少なくなるよう、制御信号を動的に生成するように構成される。

[0024]いくつかの実施形態では、上記装置は、以下の態様のうちの１つまたは複数を含むことができる。

[0025]上記装置のいくつかの実施形態では、パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するための１つまたは複数の追加ＰＷＭ発生器回路が含まれており、また、ドライバ信号発生器回路は、パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するために使用される制御信号を交互に切り換えるように構成される。

[0026]上記装置のいくつかの実施形態では、駆動信号はパルス幅変調（ＰＷＭ）駆動信号である。

[0027]上記装置のいくつかの実施形態では、駆動信号発生器回路は、制御信号が閾値を横切ると、パルス幅変調駆動信号をトグルすることによってパルス幅変調駆動信号上にパルスを生成する。

[0028]上記装置のいくつかの実施形態では、閾値は、ＰＷＭ駆動信号上のパルスの幅を制御するための可変閾値である。

[0029]上記装置のいくつかの実施形態では、制御信号発生回路は、駆動信号上の不完全パルスの発生を少なくすることによって電動機ジッタを少なくする値にＰＷＭ駆動信号の周波数を設定するように構成される。

[0030]上記装置のいくつかの実施形態では、制御信号発生回路は、電動機の位相が変化すると、ＰＷＭ駆動信号上で一度ずつ生じるパルスの発生を少なくする値にパルスの周波数を設定するように構成される。

[0031]上記装置のいくつかの実施形態では、制御信号発生回路は、電動機の位相の継続期間中、所定の数のパルスがＰＷＭ駆動信号上で生じるよう、ＰＷＭ駆動信号の周波数を動的に設定するように構成される。

[0032]いくつかの実施形態では、上記装置は、パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するための１つまたは複数の追加ＰＷＭ発生器回路をさらに備え、ドライバ信号発生器回路は、ＰＷＭ駆動信号を生成するために使用される制御信号を交互に切り換えるように構成される。

[0033]いくつかの実施形態では、上記装置は、ＰＷＭ駆動信号を生成するために使用されていない制御信号をリセット状態に保持するように構成された切換え回路をさらに備える。

[0034]上記装置のいくつかの実施形態では、ＰＷＭ発生器回路は、電流がコンデンサを充電する速度を制御することによって周波数を設定するように構成される。

[0035]上記装置のいくつかの実施形態では、ＰＷＭ発生器回路は、コンデンサに流入し、かつ、コンデンサから流出する電流の量を制御することによって周波数を設定するように構成される。

[0036]上記装置のいくつかの実施形態では、整流信号は、電動機からの逆ＥＭＦ信号、磁界センサによって生成される信号およびレゾルバによって生成される信号のうちの１つである。

[0037]上記装置のいくつかの実施形態では、磁界センサは、ホール効果素子、磁気抵抗素子および磁気トランジスタのうちの１つまたは複数を備える。

[0038]上記装置のいくつかの実施形態では、制御信号は、三角波、ランプ信号および計算された信号のうちの１つである。

[0039]電動機を駆動するための電子回路の回路図である。 [0040]電動機を駆動するためのＰＷＭ発生器回路の回路図である。 [0041]電動機を駆動するための電子回路によって生成することができる一連の波形を示す図である。 [0042]電動機を駆動するための電子回路によって生成することができる一連の波形を示す図である。 [0043]電動機を駆動するためのＰＷＭ発生器回路の回路図である。 [0044]電動機を駆動するためのプロセスの流れ図である。

[0045]図面中の同様の数字は同様の要素を表している。回路図またはブロック図内のコネクタは、単一の配線、バス、またはブロック間の他のタイプの接続を表すことができる。単一のコネクタ線は、単一の配線への接続のタイプに限定するものと解釈してはならない。

[0046]流れ図およびブロック図を含む図は、例示的目的のために提供されており、本開示の範囲を限定することは意図されていない。図は、特定の配置またはシーケンスで接続された特定のブロック番号を使用して線図および流れ図を描写しているが、これらは単なる例にすぎない。他の配置およびシーケンスも本開示の範囲内である。

[0047]本発明を説明する前に、いくつかの前置きの概念および専門用語について説明する。本明細書において使用されているように、「磁界知覚素子」という用語は、磁界を知覚することができる様々な電子要素を記述するために使用されている。磁界知覚素子は、それらに限定されないが、例えばホール効果素子、磁気抵抗素子、磁気トランジスタまたはレゾルバであってもよい。

[0048]当分野で知られているように、回転している電動機は発電機のように作用することができる。回転している電動機によって生成される起電力は、逆ＥＭＦと呼ぶことができる。この逆ＥＭＦによって生成される信号を測定して、電動機の位置および速度を決定することができる。例えば逆ＥＭＦ信号の大きさは、電動機の速度に正比例させることができる。いくつかの実例では、これらの信号は、外部センサを必要とすることなく測定することができる。これらのいわゆる「センサなしシステム」では、逆ＥＭＦ信号は、電動機から電動機ドライバ回路の入力へ直接帰還することができる。

[0049]知られているように、異なるタイプのホール効果素子を使用して、電動機の位置および速度を測定することも可能である。これらのホール効果素子は、例えば平面ホール素子、垂直ホール素子および円形垂直ホール（ＣＶＨ）素子を含む。同じく知られているように、異なるタイプの磁気抵抗素子が存在しており、例えばアンチモン化インジウム（ＩｎＳｂ）、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）素子、異方性磁気抵抗素子（ＡＭＲ）、トンネル磁気抵抗（ＴＭＲ）素子および磁気トンネル接合（ＭＴＪ）などの半導体磁気抵抗素子が存在している。磁界知覚素子は単一の素子であっても、または別法としては、様々な構成、例えば半ブリッジまたは全（ホイートストン）ブリッジで配置された複数の磁界知覚素子を含むことも可能である。デバイスのタイプおよび他の用途の要求事項に応じて、磁界知覚素子は、ケイ素（Ｓｉ）またはゲルマニウム（Ｇｅ）などのタイプＩＶ半導体材料、またはヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）またはインジウム化合物、例えばヒ化インジウム（ＩｎＳｂ）のようなタイプＩＩＩ−Ｖ半導体材料、または他の化合物半導体材料ｌｎＧａＡｓＰ、もしくは高移動度材料、例えばＧａＮでできたデバイスであってもよい。

[0050]本明細書において使用されているように、「磁界センサ」という用語は、磁界知覚素子を含む回路を記述するために使用されている。磁界センサは、それらに限定されないが、電流を運ぶ導体によって運ばれる電流によって生成される磁界を知覚する電流センサ、強磁性対象の近接を知覚する磁気スイッチ、強磁性物品、例えば輪形磁石の磁気領域の通過を知覚する回転検出器、および磁界の磁界密度を知覚する磁界センサを始めとする様々な用途に使用されている。

[0051]本明細書において使用されているように、「信号」という用語は、常に変化し得るアナログまたはディジタルの電子特性を記述するために使用されている。それとは対照的に、本明細書において使用されているように、「値」という用語は、静的状態を維持する傾向があるディジタル電子値、または刻々と変化する傾向があるディジタル電子値を記述するために使用されている。しかしながら信号および値という用語は、交換可能に使用することができる。

[0052]本明細書において使用されているように、「要求」または「要求信号」という用語は、電動機に印加される電力の量を制御する任意のアナログまたはディジタルの電子信号を記述するために使用されている。例えば要求信号が変化すると、電動機に印加される電力の量も同じく変化することになる。

[0053]本明細書において使用されているように、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は、揮発性または不揮発性のコンピュータ可読記憶媒体（ハードドライブまたはメモリなど）に記憶されたコンピュータ可読命令を意味することができる。コンピュータ可読命令は、ＲＯＭ、ＲＡＭ、またはシリコンチップ上に含まれている他のタイプのメモリに記憶することができる。シリコンチップは、一実施形態では、メモリを含んでいるか、またはメモリにアクセスする磁界センサ回路であってもよい。いくつかの実施形態では、コンピュータ可読命令は、製造中にプログラムすることができるシリコンチップ上溶融ＲＯＭメモリに記憶することができる。「コンピュータ可読」として記述されているが、命令は、従来のラップトップコンピュータまたはデスクトップコンピュータによってアクセスまたは実行する必要はない。そうではなく、コンピュータ可読命令は、命令を読み出し、かつ、実行することができる任意のタイプのプロセッサまたは回路によってアクセスまたは実施することができる。

[0054]コンピュータ可読命令は、プロセッサまたは回路によって実行されると、そのプロセッサまたは回路に、以下で説明される操作および／または処理を実施させることができる。また、「ソフトウェア」および「ファームウェア」という用語は、マイクロコード、機械コード、スクリプト、またはコンピュータ可読記憶媒体に記憶することができ、かつ、プロセッサまたは回路によって実行することができる任意のタイプのコンピュータ可読命令などの他のタイプの命令セットを意味することも可能である。

[0055]図１を参照すると、電動機１４に結合され、かつ、逆ＥＭＦモジュール１６に結合された例示的電子回路１２を含む電動機駆動構造１０が示されている。いくつかの実施形態では、電子回路１２は、シリコンチップまたは他の電子回路材料であってもよい。チップは、全体として、または部分的に、以下で説明されるシステムおよび方法を実施する集積回路機構を有するシリコンダイを含むことができる。ダイは、リードフレーム上に置くことができ、また、外部回路機構とインタフェースする１つまたは複数のピンを有するパッケージによってカプセル封じすることができるが、広く使用されている他の電子ダイパッケージング技法も同じく可能であり、当業者に知られている。他の実施形態では、電子回路１２は、ソフトウェアとして、他のタイプの回路機構（例えばＦＰＧＡ、離散構成要素、等々）として、またはソフトウェアおよび回路機構の組合せとして実施することができる。さらに、説明されるシステムおよび方法は、全体として、もしくは部分的に電子回路によって実施することができ、または全体として、もしくは部分的に、マイクロコード、ファームウェア、ソフトウェア、等々などのコンピュータ可読命令を実行するプロセッサによって実施することができる。後者の実施形態では、命令は、コンピュータ可読揮発性または不揮発性メモリおよび／またはコンピュータ可読記憶媒体（すなわちＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＣＤ媒体、ＤＶＤ媒体、等々）に記憶することができ、また、プロセッサによって実行されると、そのプロセッサに、電動機１４の速度を制御するための特定の操作を実施させることができる。

[0056]図１に示されている実施形態は、電子回路１２の中に統合されたモジュールとして逆ＥＭＦ回路機構を表現している。逆ＥＭＦモジュール１６は、電動機１４の巻線から逆ＥＭＦ信号を受け取るように構成されたレシーバまたは他の回路であってもよい。しかしながら電子回路１２の実施形態では、逆ＥＭＦモジュール１６は、個別のダイ、モジュール、パッケージまたは構成要素であってもよい。言い換えると、逆ＥＭＦモジュール１６は、電動機１４の位置および速度を検出するために使用される個別のセンサまたは構成要素であってもよい。この技術のこのような実施形態では、電動機１４の巻線からの逆ＥＭＦ信号は、電動機１４から個別の逆ＥＭＦモジュール１６に直接結合することができる。他の実施形態では、電動機１４から逆ＥＭＦを受け取る回路機構は、電子回路１２の中、電動機１４の中、または個別のダイ、モジュール、パッケージもしくは構成要素の中に組み込むことができる。

[0057]システムの実施形態では、逆ＥＭＦモジュール１６は、電動機１４の速度または位置を測定することができる他のセンサまたは回路に置き換えることができ、これらのセンサまたは回路には、それらに限定されないが、磁界センサのアレイ、１つもしくは複数のレゾルバ、または電動機１４の位置、周波数または速度を測定することができる任意の他のデバイスもしくはセンサを含む。磁界センサ、レゾルバまたは他のデバイスおよびセンサは、電子回路１２の中に統合するか、または電子回路１２に結合することができる個別のダイ、モジュール、パッケージまたは構成要素にすることができる。簡潔にするために、ブロック１６は、単純に逆ＥＭＦモジュール１６と呼ぶことができる。

[0058]安定化電圧ピン（ＶＲＥＧ）であるピン１２ａは、電子回路１２の外部の電圧調整器または他のタイプの電源（図示せず）から安定化電圧を受け取るように結合される。安定化電圧または別法として安定化電流は、逆ＥＭＦモジュール１６および電子回路１２内の回路機構の一部またはすべてに提供される。他の実施形態では、集積回路ダイは、図１の回路１０と同じダイの上に電圧調整器回路を含むことができる。このような場合、Ｖｒｅｇピン１２ａは、まさにその設計および電圧要求事項に応じて、最後のダイまたはパッケージから除去することができる。

[0059]周波数基準ピン（ＦＲＥＦ）であるピン１２ｂは、電子回路１２の外部から周波数基準信号１８を受け取るように結合される。例えば電子回路１２がプリンタの中に取り付けられ、また、電動機１４がプリンタ内の電動機である場合、周波数基準信号１８は、プリンタ内の他の回路機構（図示せず）によって供給することができ、また、例えば電動機１４の所望の最終速度を表すことができる。異なる時間に、プリンタは、異なる電動機速度を要求することができる。例えばプリンタの高品質印字出力モードには、場合によっては比較的より遅い電動機速度が必要であり、一方、並品質印字出力モードには、場合によっては比較的より速い電動機速度が必要である。したがって周波数基準信号１８は可変信号であってもよく、また、外部回路機構の要求事項に応じて変更することができる。一実施形態では、周波数基準信号１８は、電動機１４の所望の最終速度を表すことができ、また、速度制御信号と呼ぶことができる。

[0060]周波数基準信号１８は、アナログ信号、ディジタル信号、方形波、正弦波、パルス幅変調信号、または所望の電動機速度を表すことができる任意のタイプの信号であってもよい。一実施形態では、周波数基準信号１８は、所望の電動機速度を表す周波数で発振する正弦波または方形波であってもよい。以下でより詳細に説明されるように、電子回路１２の機能は、周波数基準信号１８と同期させることができる。他の実施形態では、周波数基準信号は、電圧入力または電流入力であってもよい。このような場合、入力信号の周波数から電圧または電流に変換するために必要な回路機構は不要である。他の実施形態では、周波数基準信号は、例えばディジタル−アナログ変換器によって電圧信号に変換することができるディジタル語であってもよい。

[0061]ピン１２ｃは、電動機１４から逆ＥＭＦ信号を受け取り、かつ、それらを逆ＥＭＦモジュール１６に供給するように結合されたバスとして示されている。これらの信号は、電動機１４の巻線によって生成される逆起電力であってもよい。このような構造では、ピン１２ｃによって受け取られる逆ＥＭＦ信号を使用して、電動機１４の位置および周波数または速度を表すことができる。

[0062]単一のピン１２ｃとして示されているが、電子回路１２は、逆ＥＭＦモジュール１６から信号を受け取るための複数の入力ピンを含むことができる。電動機１４が例えば３つの巻線を含んでいる場合、電子回路１２は、個々の巻線から逆ＥＭＦ信号を受け取るために、巻線毎に１つずつ、３つの入力ピンを有することができる。他の実施形態では、入力ピンは、電動機巻線のサブセットから逆ＥＭＦ信号を受け取るように結合することができる。例えば電動機が６つの巻線を有している場合、合計３つの入力ピンに対して、すべての他の巻線に結合された入力ピンを存在させることができる。逆ＥＭＦ信号は電動機１４の巻線によって生成されるため、入力ピン１２ｃによって受け取られる逆ＥＭＦ信号を使用して、電動機１４の位置および速度を決定することができる。

[0063]開始ピン（ＳＴＡＲＴ）であるピン１２ｄは、電子回路１２の外部から制御信号を受け取るように結合される。この制御信号は、電子回路１２の機能を開始および停止させることができ、したがって電動機１４を始動および停止させることができる。

[0064]接地ピン（ＧＮＤ）であるピン１２ｅは、電子回路１２のための電源接地を提供している。

[0065]電動機駆動信号ピン（それぞれＳＣ、ＳＢ、ＳＡ）であるピン１２ｇ、１２ｈ、１２ｉは、電動機１４にＰＷＭ駆動信号２０、２２および２４を提供するように結合されている。

[0066]上部電源ピン（ＶＤＤ）であるピン１２ｊは、電子回路１２の外部から上部電源電圧を受け取るように結合される。

[0067]逆ＥＭＦモジュール１６が１つまたは複数の磁界センサに置き換えられる場合、磁界センサ内の磁界知覚素子は、電動機１４の軸が回転すると、電動機１４内の磁石の磁界、詳細には可変磁界を知覚するように配置することができる。特定の一実施形態では、電動機１４に対して、電動機の軸の回転軸の周りに１２０度隔てた位置に３つの磁界知覚素子すなわち磁界センサを配置することができる。他の実施形態では、電動機１４に対して、回転軸の周りに６０度隔てた位置に６つの磁界センサを配置することができる。６つの極対が存在する場合、磁界センサからの信号の周波数（Ｈｚ単位）は、電動機１４の１分当たりの回転数より約１０倍高くなる。一般に、磁界センサは、磁界センサからの信号の周波数が電動機１４の速度に比例するように配置することができる。この既知の比例性を使用して、磁界センサからの信号の周波数を電動機１４の速度を表す信号に変換することができる。したがって任意の所望の数の磁界センサを使用することができる。

[0068]いくつかの実施形態では、磁界センサは、ホール効果に基づくセンサであってもよいが、他の実施形態は、巨大磁気抵抗（ＧＭＲ）、線形スピンバルブ、磁気トンネル接合（ＭＴＪ）、異方性磁気抵抗（ＡＭＲ）または他の磁界センサを利用することができる。磁界を表す電子信号を生成することができる変換器の使用は、磁界センサまたは変換器の動作範囲が本発明の動作をもたらすのに適切であることを条件として、この用途に適用することができる。

[0069]この技術の様々な実施形態では、逆ＥＭＦモジュール１６は、ディジタル信号に変換することができる、ディジタルフィルタ２８によって受け取られる位置信号２６を生成する。他の実施形態では、位置信号２６は、アナログフィルタ（図示せず）によってフィルタリングすることができ、また、ディジタル信号に変換しなくてもよい。位置信号２６は一般的にはアナログ信号であり、それぞれ電動機１４の軸の回転角を表す。位置信号２６は整流信号と呼ぶことができる。整流信号は、電動機１４の速度、位置および／もしくは周波数、または電動機１４の速度を調整するために使用することができる電動機１４の任意の他の属性を監視するために使用することができる任意の信号であってもよい。

[0070]ディジタル信号への変換は図１には示されていないが、位置信号２６は、それらがディジタルフィルタ２８に到達する前に、またはディジタルフィルタ２８内でディジタル信号に変換することができることが仮定されている。ディジタルフィルタ２８は、フィルタリングされた信号３０および３２を生成するように構成されており、これらは位置信号２６を表している。フィルタリングされた信号３０および３２は、例えば多重ビットディジタル信号であってもよい。また、フィルタリングされた信号３０および３２は、電動機１４の軸の回転角を表すことも可能である。

[0071]制御信号発生器３４は、信号３０を受け取り、かつ、ＰＷＭ信号３６を生成するように結合されている。ＰＷＭ信号３６は、電動機１４の速度を制御するために使用することができる信号であってもよい。パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラ３８は、ＰＷＭ信号３６を受け取り、かつ、ＰＷＭ信号３６を使用してＰＷＭ駆動信号４０上にパルスを生成することができる。ＰＷＭ信号３６、ＰＷＭコントローラ３８およびＰＷＭ駆動信号４０については、以下でより詳細に説明される。

[0072]駆動制御モジュール４２は、ＰＷＭ駆動信号４０を受け取り、かつ、それを使用して１つまたは複数の駆動信号４２ａ、４２ｂおよび４２ｃを生成することができる。ゲートドライバ回路４４は、駆動信号４２ａ〜４２ｃを受け取るように結合されており、また、ＦＥＴ４６、４８、５０、５２、５４および５６のゲートを駆動するように構成されている。

[0073]３つの高電位側電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）４６、４８および５０、ならびに３つの低電位側ＦＥＴ５２、５４および５６は、パルス幅変調を使用して飽和状態で動作し、したがって少ししか電力を消費しない。

[0074]ＦＥＴ５４〜６４の配置は、電動機１４内の巻線６４、６６および６８の各々の端部に結合される３つの駆動信号５８、６０および６２を生成するように構成されている。一実施形態では、巻線６４、６６および６８のもう一方の端部は、電動機１４の速度および位置を制御するために、ＦＥＴ５４〜６４が巻線を介していずれかの方向に電流を駆動することができるよう、まとめて結合することができる。

[0075]クロック回路６７は、電子回路１２内の一部またはすべての部分および回路にクロック信号３８ａを提供している。他の実施形態では外部クロックを使用することも可能であり、このような場合、パッケージ上のピン、すなわちダイ上の回路への入力が必要になる。

[0076]また、電子回路１２は、周波数基準信号１８を受け取る周波数カウンタ６９を含むことも可能である。周波数カウンタ６９は、周波数基準信号１８の周波数を表すディジタルカウント信号７０を生成することができる。一実施形態では、カウント信号７０は、周波数基準信号１８の１サイクルの間に生じる、クロック回路６７からのクロックパルスの数であってもよい。

[0077]カウント−周波数モジュール７２は、ディジタルカウント信号７０を受け取り、ディジタルカウント信号７０を周波数信号７４に変換することができる。周波数−アナログモジュール７６は、次に、周波数信号７４をアナログ電圧信号７８に変換することができる。一実施形態では、アナログ電圧信号７８のより高い電圧を周波数基準信号１８のより高い周波数に対応させることができ、また、アナログ電圧信号７８のより低い電圧を周波数基準信号１８のより低い周波数に対応させることができる。しかしながらこの逆もまた真であり、すなわちアナログ電圧信号７８のより低い電圧を周波数基準信号１８のより高い周波数に対応させることができ、また、その逆についても同様である。

[0078]上で説明したように、アナログ電圧信号７８は、周波数カウンタ６９に供給される周波数基準信号１８に基づいて生成される。しかしながら、電動機１４の速度が固定されると、周波数信号８２は周波数基準信号１８にほぼ等しくすることができる。したがって一実施形態では、周波数基準信号１８の代わりに周波数信号８２を周波数カウンタ６９に供給することも可能である。このような実施形態では、アナログ電圧信号７８は、外部周波数基準信号１８に基づいてではなく、周波数信号８２に基づいて（すなわち電動機１４の現在の周波数に基づいて）生成することができる。

[0079]アナログ電圧信号７８は制御信号発生器３４に結合することができ、以下で説明されるようにＰＷＭ駆動信号３６を生成するために制御信号発生器３４によって使用される。また、アナログ電圧信号７８として説明されているが、信号７８は、アナログ信号、ディジタル信号、ＰＷＭ信号、等々を含む任意のタイプの適切な信号であってもよい。

[0080]一実施形態では、電子回路１２はＦＧブロック８０を含むことも可能である。ＦＧブロック８０は、フィルタリングされた信号３２を受け取り、かつ、電動機１４の現在の周波数（例えば速度）を表す周波数信号８２を生成する周波数発生器であってもよい。上で言及したように、フィルタリングされた信号３２は、電動機１４から受け取られる逆ＥＭＦ信号のフィルタリングされたバージョンであってもよい。ＦＧブロック８０は、周波数信号８２がフィルタリングされた信号３２の周波数を表し、したがって電動機１４の周波数を表すよう、フィルタリングされた信号３２を処理し、またはカウントすることができる。周波数信号８２は、アナログ信号、ディジタル信号、または電動機１４の速度を調整するために使用することができる任意のタイプの信号であってもよい。

[0081]位相差プロセッサ８４は、周波数信号８２および周波数基準信号１８を受け取り、かつ、電動機１４の周波数と周波数基準信号１８の間の位相差を表す信号８６を生成する。閉ループコントローラ８８は、信号８６を受け取り、かつ、要求信号９０を生成する。要求信号９０は、電動機１４に印加される電力の量を表すことができる。閉ループコントローラ８８は、電動機１４と基準周波数１８の間の位相差を表す信号８６に基づいて電動機の速度を調整するために、信号９０を提供することができる。一実施形態では、閉ループコントローラ８８は、位相固定、速度固定、周波数固定または任意の他の閉ループ調整スキームを起動することによって電動機の速度を調整することができる。他の実施形態では、電動機の速度を調整する開ループコントローラまたは任意の他の方法を使用することができる。一例では、米国特許出願第１３／５９５４３０号（２０１２年８月２０日に出願され、参照によりその全体が本明細書に組み込まれている）に記載されているような速度調整スキームを使用することができる。

[0082]次に図２を参照すると、ＰＷＭ発生器回路２００は、制御信号発生器３４（図１）と同じか、または同様であってもよい制御信号発生器の一例を提供している。一実施形態では、ＰＷＭ発生器回路２００は、電動機１４の状態または位相を受け取るための入力２０２を含むことができる（すなわち入力２０２は、電動機１４の速度および／または位置を表すフィルタリングされた信号３０を受け取ることができる）。また、ＰＷＭ発生器回路２００は、図１の要求信号９０などの要求信号を受け取るための要求入力２０４を含むことも可能である。言及したように、要求信号９０は、電動機１４に印加される電力の量を表すことができる。また、ＰＷＭ発生器回路２００は周波数入力２０６を含むことも可能である。周波数入力２０６は、電動機１４の所望の最終速度を表す信号７８などの信号を受け取ることができる。

[0083]また、制御信号発生器２００は、パルス幅変調出力信号２１０を提供することができる出力２０８を含むことも可能である。

[0084]図には２つのサブ回路２１２および２１４を有する制御信号発生器２００が示されている。図に示されている実施形態では、サブ回路２１２および２１４は同様の要素を含んでおり、また、同様の出力を提供している。しかしながらこれは要求事項ではなく、サブ回路２１２および２１４は、それらが適切なパルス幅変調出力信号を提供する限り、異なる設計を含むことも可能である。

[0085]電動機状態セレクタ回路２１６は、リセット信号２１７および２１８を介して、サブ回路２１２および２１４のうちのどちらを動作状態にし、また、どちらをリセット状態にするかを制御することができる。一実施形態では、電動機状態セレクタ回路２１６は、サブ回路２１２が動作状態にある間、サブ回路２１４をリセット状態に保持して、サブ回路２１４が出力信号を生成しないようにすることができ、また、その逆についても同様である。電動機状態セレクタ回路２１６は、電動機１４が位相を変える毎に、リセット状態にするサブ回路と動作状態にするサブ回路を交互に切り換えることができる。例えば電動機１４の交互位相の間、サブ回路２１２を動作状態にし、一方、サブ回路２１４をリセット状態に保持することができ、また、電動機１４の奇数位相の間、サブ回路２１２をリセット状態に保持することができ、一方、サブ回路２１４を動作状態にすることができる。

[0086]図には示されていないが、制御信号発生器２００は、追加パルス幅変調出力信号を生成する追加サブ回路を含むことができる。このような実施形態では、電動機状態セレクタ回路２１６は、１つのサブ回路を一度ずつイネーブルすることができ、また、スケジュールにしたがって個々のサブ回路をイネーブルすることができる。例えばサブ回路は、電動機１４の位相が変化すると、交互スキーム、回転スキームまたはラウンドロビンスキームでイネーブルすることができる。

[0087]説明を分かり易くするために、サブ回路２１２の要素および動作について説明する。しかしながら、サブ回路２１４または同様の構成要素を有する追加サブ回路も同様の方法で動作させることができることを理解されたい。

[0088]サブ回路２１２は、電流源２２０および２２２を備えることができる。これらの電流源は、一実施形態では電流制御電流源であってもよい。例えば電流源２２０によって駆動される電流は電流信号２２４によって制御することができ、また、電流源２２２によって駆動される電流は電流信号２２６によって制御することができる。電流制御電流源の一例はＢＪＴトランジスタである。しかしながら他のタイプの電流制御電流源を使用することも可能である。さらに、電流源２２０および２２２は、必ずしも電流制御である必要はない。それらは電圧制御電流源であっても、または当分野で知られている任意の他の適切な手段によって制御される電流源であってもよい。

[0089]一実施形態では、電流源２２０および２２２は、コンデンサを充電または放電させることができる任意の他の回路に置き換えることができる。例えば電流源２２０および２２２は、それぞれ抵抗および電圧源に置き換えることができる。電圧源によって生成される電圧は、この抵抗の両端間の電圧を制御することができる。抵抗の両端間の電圧を制御することにより、抵抗を流れる電流の割合を制御することができ、したがってコンデンサ２２８の充電または放電速度を制御することができる。このような実施形態では、電圧調整器の電圧を制御する帰還コントローラなどの追加回路機構を使用して、コンデンサ２２８の一定の充電または放電速度を維持することができる。

[0090]また、サブ回路２１２は、コンデンサ２２８および電界効果トランジスタ（ＦＥＴ）２３０を含むことも可能である。ＦＥＴ２３０はスイッチとして作用させることができ、したがってＦＥＴ２３０が開くと、電流源２２０はコンデンサ２２８を充電することができ、また、ＦＥＴ２３０が閉じると、電流シンク２２２は、コンデンサ２２８を放電させることができる。

[0091]コンデンサ２２８が充電および放電すると、制御信号２３２が立ち上がり、かつ、立ち下がることになる。いくつかの実施形態では、制御信号２３２は、以下で説明される三角波を形成することができる。他の実施形態では、制御信号２３２は、正弦波、鋸波、ランプ、または引き続いてＰＷＭ信号を生成するために使用することができる任意の他の形状を形成することができる。いくつかの実施形態では、コンデンサの代わりに波形発生器（図示せず）を使用して制御信号２３２を生成することができる。波形発生器は、ディジタル波形発生器、アナログ波形発生器、等々であってもよい。

[0092]また、サブ回路２１２は、制御信号２３２および要求信号２３６を受け取ることができる比較器２３４を備えることも可能である。比較器はこの２つの信号を比較し、制御信号２３２の方が要求信号２３６より高い場合、高い出力を生成し、また、制御信号２３２の方が要求信号２３６より低い場合、低い出力を生成することができる。制御信号２３２と要求信号２３６を比較することにより、サブ回路２１２は、要求信号２３６に対応するパルス幅を有するパルス幅変調出力信号２３８を生成することができる。

[0093]また、サブ回路２１２は、比較器２４０、比較器２４２およびフリップフロップ２４４を備えることも可能である。図に示されているように、比較器２４０は、入力として低電圧基準信号２４６および制御信号２３２を受け取ることができる。比較器２４０の出力はフリップフロップ２４４の入力に供給することができる。比較器２４２は、入力として高電圧基準信号２４８および制御信号２３２を受け取ることができる。比較器２４２の出力もフリップフロップ２４４の入力に供給することができる。フリップフロップ２４４の出力はＦＥＴ２３０のゲートに結合されており、したがってフリップフロップ２４４の出力は、ＦＥＴ２３０の開閉を制御することができる。

[0094]ＯＲゲート２５１および２５３はリセット信号２１７を受け取るように結合されており、したがって電動機状態セレクタ２１６は、リセット信号２１７を表明することによってサブ回路２１２をリセット状態に置くことができる。ＸＯＲゲート２６０は、ＰＷＭ信号２３８と２５６とを結合して出力信号２１０を生成することができる。

[0095]動作中、ＦＥＴ２３０のゲートを制御することにより、比較器２４０および２４２ならびにフリップフロップ２４４は、発振器を生成するように作用することができる。例えばコンデンサ２２８を充電する場合、ＦＥＴ２３０は開かれることになる。コンデンサ２２８の両端間の電圧が高電圧閾値２４８より高くなると、比較器２４２は、フリップフロップ２４４に供給されるその出力を表明することになる。これは、ＦＥＴ２３０が閉じるよう、フリップフロップ２４４に引き続いてその出力をトグルさせることができる。

[0096]ＦＥＴ２３０が閉じると、コンデンサ２２８は放電を開始し、信号２３２の電圧レベルが降下する。この電圧２３２が低電圧閾値２４６未満に降下すると、比較器２４０はその出力を表明することになる。これは、フリップフロップ２４４にもう一度その出力をトグルさせてスイッチ２３０を閉じることができ、それによりコンデンサ２２８はもう一度充電を開始することができる。このサイクルは、サブ回路２１２はリセット状態にない場合は、いつでも継続することができる。

[0097]コンデンサ２２８を充電する速度、したがってパルス幅変調信号の周波数は、電流源２２０によってコンデンサ２２８に供給される電流の大きさ、および電流シンク２２２によってコンデンサ２２８から吸い込まれる電流の大きさによって制御される。

[0098]これらの電流を制御するために、ＰＷＭ発生器回路２００は電流制御モジュール２５０を含むことができる。電流制御モジュール２５０は、タイミング入力２０６から信号７８（すなわち電動機１４の周波数を表す信号）を受け取ることができる。信号７８は、電動機１４の現在の速度または周波数を表すアナログ信号またはディジタル信号であってもよい。例えば電動機１４の速度が速い場合、信号７８の値を大きくすることができる。それとは逆に電動機１４の速度が遅い場合、信号７８の値を小さくすることができる。

[0099]信号７８の値に基づいて、したがって電動機の周波数に基づいて、電流制御モジュール２５０は、電流源２２０によって供給される電流の大きさを制御するための出力信号２２４、および電流シンク２２２によって吸い込まれる電流の大きさを制御するため出力信号２２６を生成することができる。コンデンサ２２８を充電する速度を制御すること、したがって制御信号２３２の周波数を制御することにより、ＰＷＭ発生器回路２００は、比較器２４０および２４２ならびにフリップフロップ２４４によって生じる発振速度を制御することによってＰＷＭ駆動信号２３８の周波数および周期を制御することができる。例えばコンデンサ２２８が比較的速く充電および放電すると、比較器２４０および２４２は速くトリップし、比較器２３４はより速くトグルし、したがって出力信号２３８の周波数が高くなる。コンデンサ２２８が比較的ゆっくり充電および放電すると、比較器２４０および２４２はよりゆっくりトリップし、比較器２３４の出力はよりゆっくりトグルし、したがって出力信号２３８の周波数がより低くなる。

[00100]他の実施形態では、コンデンサ２２８および／またはコンデンサ２５２は、制御信号２３２（または２５４）の周波数を制御するために、並列に接続された複数のコンデンサに置き換えることができる。複数のコンデンサ内の個々のコンデンサは、ＭＯＳＦＥＴ（図示せず）などのスイッチングデバイスに結合することができる。スイッチングデバイスは、信号２３２（または２５４）を選択的に複数のコンデンサ内の個々のコンデンサまたは複数のコンデンサに結合することができる。この実施形態では、コンデンサは、信号２３２（または２５４）から見た総キャパシタンスを変化させ、したがって信号２３２（または２５４）の立上り時間、立下り時間および／または周波数を制御するために、スイッチングデバイスによって回路に接続し、かつ、回路から切り離すことができる。この方法で総キャパシタンスを変化させることにより、コンデンサの充電および放電速度を制御することができる。例えば比較的大きいキャパシタンスは、コンデンサを比較的ゆっくり充電することができ、また、比較的より小さいキャパシタンスは、コンデンサを比較的速く充電することができる。実施形態では、コンデンサは、並列、直列または並列接続および直列接続の組合せで結合することができる。

[00101]したがって電流制御モジュール２５０は、ＰＷＭ駆動信号２３８の周波数が電動機１４の位相の周波数に対応するか、または電動機１４の位相の周波数に基づくよう、ＰＷＭ駆動信号２３８の周波数を修正することができる。例えば電流制御モジュール２５０は、ＰＷＭ駆動信号２３８の周期が電動機の位相の周期の倍数になるよう、すなわち電動機の単一の位相の間に多重ＰＷＭパルスが生じるよう、ＰＷＭ駆動信号２３８の周波数を修正することができる。様々な実施形態では、出力信号２３８上で生じるＰＷＭパルスの数は、電動機１４のすべての位相に対して、１つ、２つ、３つ、４つまたは５つのパルスにすることができる。他の実施形態では、電動機位相毎のＰＷＭパルスの数は、任意の所望の数にすることができる。

[00102]一実施形態では、電流制御モジュール２５０は、電流シンク２２２によって吸い込まれる電流が電流源２２０によって供給される電流の大きさの２倍になるようにその出力を設定することができる。このような実施形態では、電流源２２０をターンオフする必要なくコンデンサ２２８を充電し、かつ、放電させることができる。例えばＦＥＴ２３０が開くと、電流源２２０はコンデンサ２２８を充電することができる。ＦＥＴ２３０が閉じると、電流シンク２２２によって吸い込まれる電流は、電流源２２０によって供給される電流の２倍であるため、電流シンク２２２はコンデンサ２３２を放電させることができ、また、それと同時に電流源２２０から電流を吸い込むことができる。

[00103]ＰＷＭ駆動信号２３８上のパルスの周波数を修正することにより、電流制御モジュール２５０は、ＰＷＭ駆動信号２３８上の短パルスの発生を最少にすることができる。上で説明したように、電動機状態セレクタ回路２１６は、サブ回路２１２が動作している間、サブ回路２１４をリセット状態に保持することができ、また、その逆についても同様である。電動機１４の位相が変化すると、電動機状態セレクタ回路２１６は、サブ回路２１２をリセット状態に置くことができる。ＰＷＭ駆動信号２３８上のパルスの間にサブ回路２１２がリセット状態に置かれると、ＰＷＭ駆動信号２３８のパルスが不完全、すなわち短くなることになる。

[00104]次に図３Ａを参照すると、一連のグラフが示されている。個々のグラフでは、横軸は時間を表しており、また、縦軸は電圧を表している。一実施形態では、グラフ３００、３０２および３０４は、サブ回路２１２に関連させることができる。グラフ３００は、制御信号２３２（すなわちコンデンサ２２８の両端間の電圧）を表すことができ、グラフ３０２はリセット信号２１７を表すことができ、また、グラフ３０４は、サブ回路２１２のＰＷＭ駆動信号２３８を表すことができる。また、高電圧閾値２４８、低電圧閾値２４６および要求信号２３６が同じく示されている。

[00105]時間Ｔ０でＦＥＴ２３０が開き、コンデンサ２２８が充電を開始する。これにより、時間Ｔ０とＴ２の間のグラフ３００の立上り傾斜によって示されているように制御信号２３２が大きくなる。時間Ｔ１で制御信号２３２（グラフ３００）が要求閾値２３６を横切ると、ＰＷＭ駆動信号２３８（グラフ３０６）がトグルすることになる。時間Ｔ２で制御信号２３２が高電圧閾値２４８に到達するか、または横切ると、ＦＥＴ２３０が閉じて、時間Ｔ２とＴ４の間のグラフ３００の立下り傾斜によって示されているようにコンデンサが放電を開始する。コンデンサの両端間の電圧が要求信号２３６に到達するか、または横切ると、時間Ｔ３で示されているようにＰＷＭ駆動信号２３８がもう一度トグルすることになる。時間Ｔ４で、ノード２３２の電圧が低電圧閾値２４６に到達するか、または横切ると、ＦＥＴ２３０がもう一度開いて、上記サイクルを繰り返すことができる。

[00106]リセット信号２１７は、電動機１４の位相に対応させることができる。言い換えると、リセット信号２１７の表明が解除されると、時間Ｔ０で電動機１４の特定の位相を開始することができ、また、リセット信号２１７が表明されると、時間Ｔ５で終了することができる。図３Ａに示されているように、時間Ｔ５でリセット信号２１７を表明する際に、出力信号２３８はパルスの中間に存在していない。これは、グラフ３００が時間Ｔ５でＰＷＭ駆動信号２３８上のパルスをトリガしないようにコンデンサ２２８の充電および放電速度を設定することによって、すなわちグラフ３００が立ち上がり、かつ、立ち下がる速さの程度を制御することによって達成することができる。上で言及したように、コンデンサ２２８の充電および放電速度は、電流制御モジュール２５０によって制御することができる。

[00107]電動機１４の位相の継続期間に対応するようにグラフ３００の周波数を設定すると、ＰＷＭ駆動信号２３８上の不完全パルス（すなわち短パルス）の発生を少なくするように作用することができる。例えばＰＷＭ駆動信号２３８上のパルスの間にリセット信号２１７が表明されると、リセット信号２１７は、パルスに直ちに表明を解除させることができ、したがってパルスの長さを短くすることができる。不完全パルスは、それが電動機１４へ流れると電動機ジッタの原因になることがあるため、多くの実例において不完全パルスは望ましくない。リセット信号２１７が表明されるとパルスが生じないよう、電動機１４の位相に対応するように制御信号２３２の周波数を設定することにより、ＰＷＭ駆動信号２３８上の不完全パルスの発生を少なくすることができる。

[00108]一実施形態では、制御信号２３２の周波数または周期は、電動機１４の位相の継続期間の倍数にすることができる。例えば図３Ａに示されているように、信号２３２の周波数は、リセット信号２１７のサイクル毎にほぼ２サイクルが制御信号２３２上で生じるように設定される。しかしながらこの周波数は、制御信号２３２の周波数または周期が電動機１４の継続期間の任意の倍数になるように設定することも可能である。いくつかの実施形態では、電動機１４の位相の間に生じる制御信号２３２のサイクル数は整数であってもよい。他の実施形態では、電動機１４の位相の間に生じる制御信号２３２のサイクル数は、分数すなわち非整数であってもよい。例えば様々な実施形態では、電動機１４のすべての位相に対して、１／７サイクル、１／３サイクル、１／２サイクル、１サイクル、２サイクル、３サイクル、４サイクル、５サイクル、６サイクル、等々のグラフ３００を存在させることができる。

[00109]一実施形態では、電動機１４の位相の継続期間が変化しても、制御信号２３２のサイクル数は同じサイクル数に維持することができる。例えば信号３００のサイクル数は、電動機位相毎に２サイクルであると仮定する。電動機１４の速度が速くなると、電動機位相の継続期間はより短くなる。この場合、電流制御モジュール２５０は、コンデンサがより速く充電および放電され、制御信号２３２の周波数が高くなり、また、電動機位相毎のサイクル数が２サイクルを維持するよう、コンデンサが充電および放電される速度を修正することができる。電動機１４の位相の変化する継続期間に対応するよう、制御信号２３２の周波数を修正することにより、ＰＷＭ発生器回路２００は、ＰＷＭ駆動信号２３８上の不完全パルスの発生を少なくすることができる。

[00110]また、図３Ａは、サブ回路２１４に関連させることができる３つのグラフ３０６、３０８および３１０を同じく含む。例えばグラフ３０６は、コンデンサ２５２の両端間の電圧（すなわち制御信号２５４）を表すことができる。グラフ３０８はリセット信号２１８を表すことができる。また、グラフ３１０はＰＷＭ駆動信号２５６を表すことができる。

[00111]図３Ａのリセット信号２１７および２１８は、電動機１４の位相を表すことができる。例えばリセット信号２１７（グラフ３０２）の表明が解除されているＴ０とＴ５の間の時間は、電動機１４の第１の位相を表すことができ、また、リセット信号２１８の表明が解除されている（グラフ３０６）Ｔ５とＴ６の間の時間は、電動機１４の第２の位相を表すことができる。リセット信号２１８がもう一度表明され、かつ、リセット信号２１７の表明がもう一度解除されるＴ６とＴ７の間の時間は、電動機１４の第３の位相を表すことができる。一実施形態では、電動機１４は、電動機１４が回転すると繰り返すことができる、１つ、２つ、３つ、４つ、６つ、８つまたは任意の数の位相を有することができる。

[00112]上で言及したように、電動機状態セレクタ回路２１６は、電動機１４の位相に基づいて、動作しているサブ回路とリセット状態にあるサブ回路を交互に切り換えるか、または循環させることができる。図３Ａに示されているように、電動機の第１の位相の間は、時間Ｔ０とＴ５の間のＰＷＭ駆動信号２３８上のパルスによって示されているようにサブ回路２１２が動作しており、サブ回路２１４はリセット状態にある。電動機の第２の位相の間は、ＰＷＭ駆動信号２５６上のパルスによって示されているようにサブ回路２１２はリセットにあり、サブ回路２１４が動作している。電動機の第３の位相の間は、時間Ｔ６とＴ７の間のＰＷＭ駆動信号２３８上のパルスによって示されているようにサブ回路２１２がもう一度動作し、サブ回路２１４はもう一度リセット状態に置かれる。

[00113]ＰＷＭ発生器回路２００がＰＷＭ駆動信号を生成する複数のサブ回路を有している場合、ＰＷＭ発生器回路２００は、電動機１４の位相が変化すると、リセット状態に置くサブ回路をこれらのサブ回路の間で交互に切り換えるか、または循環させることができる。図３Ａには、２つのサブ回路（すなわちサブ回路２１２および２１４）によって生成されるグラフが示されている。しかしながらＰＷＭ発生器回路２００がもっと多くのサブ回路を有している場合、ＰＷＭ発生器回路２００は、任意の適切な方法または順序でサブ回路をイネーブルおよびディセーブルすることができる。一実施形態では、ＰＷＭ発生器回路２００は、交互方式、ラウンドロビン方式、等々でサブ回路をイネーブルすることができる。

[00114]ＰＷＭ駆動信号２３８および２５６（および任意の追加サブ回路によって生成される任意のＰＷＭ駆動信号）は、結合して、グラフ３１２によって示されているように不完全パルスを全く含まないＰＷＭドライバ信号２１０を生成することができる。例えばグラフ３１２は、ＰＷＭ駆動信号を結合して結合ＰＷＭ駆動信号２１０（図２）を生成するＸＯＲゲート２６０の出力であるＰＷＭ駆動信号２１０を表すことができる。

[00115]図３Ｂは、図３Ａに示されている波形３００、３０２、３０６、３０８および３１２と同じまたは同様の波形を示したものである。しかしながら電動機位相のタイミングは、図３Ｂでは若干変化している。電動機１４が回転し、かつ、調整されると、電動機の位相の継続期間を若干変化させることができ、したがって電動機の位相の継続期間を変化させることができる。継続期間のこの変化は図３Ｂに示されている。例えば時間Ｔ０’とＴ１’の間の電動機の位相は、制御信号２３２の２つのＰＷＭサイクルより若干長くすることができ、時間Ｔ１’とＴ２’の間の電動機の位相は、制御信号２３２の２つのＰＷＭサイクルに等しくすることができ、また、時間Ｔ２’とＴ３’の間の電動機の位相は、制御信号２３２の２つのＰＷＭサイクルより若干短くすることができる。

[00116]電動機１４がその最終速度で調整されている場合、電動機位相の継続期間は比較的不変にすることができるが、図３Ｂに示されているように若干変化させることも可能である。この変化が存在している場合、ＰＷＭ出力信号２１０を生成するために使用される信号を切り換えることが場合によっては望ましい。

[00117]例えば時間Ｔ０’とＴ１’の間の電動機位相の間、ＰＷＭ出力信号２１０上のパルスは制御信号２３２によって生成することができる。しかしながら図３Ｂに示されているように、電動機１４の位相が変化する時間Ｔ１’では、制御信号２３２は立ち上がることができる。しかしながら制御信号２５４は、時間Ｔ１’まではリセット状態にあり（上で説明したように）、また、時間Ｔ１’では、いつでも制御信号２５４を使用することができる。（言い換えると、制御信号２５４を生成する回路機構をリセット状態にすることができる）。したがって一実施形態では、ＰＷＭ発生器回路２００は、時間Ｔ１’でリセットから制御信号２５４を取ることができ、したがってそれを使用して、電動機１４の第２の位相の間にＰＷＭ出力信号２１０上にパルスを生成することができる。したがってＰＷＭ発生器回路２００は、電動機１４の位相の継続期間が変化しても、電動機１４の第２の位相の間に生じるパルスの数を正確に制御することができる。

[00118]同様に、時間Ｔ２’で電動機１４は第３の電動機位相に入ることができる。時間Ｔ２’の前に制御信号２５４を使用してＰＷＭ出力信号２１０上にパルスを生成することができ、また、制御信号２３２をリセット状態にしていつでも使用することができる。したがって時間Ｔ２’で電動機は制御信号２５４をリセット状態に置くことができ、また、リセットから制御信号２３２を取ることができ、したがって制御信号２３２を使用して、時間Ｔ２’とＴ３’の間にＰＷＭ出力信号２１０上にパルスを生成することができる。

[00119]同様に、時間Ｔ３’で電動機１４は第４の電動機位相に入ることができる。時間Ｔ３’の前に制御信号２３２を使用してＰＷＭ出力信号２１０上にパルスを生成することができ、また、制御信号２５４をリセット状態にしていつでも使用することができる。電動機位相の継続期間の変化のため、制御信号２５４は、電動機１４が第４の位相に入る時間Ｔ３’で立ち下がることができる。したがって時間Ｔ３’で電動機は制御信号２５４をリセット状態に置くことができ、また、リセットから制御信号２３２を取ることができ、したがって制御信号２３２を使用して、時間Ｔ２’とＴ３’の間にＰＷＭ出力信号２１０上にパルスを生成することができる。

[00120]次に図４を参照すると、ＰＷＭ発生器回路３４（図１）と同じであるか、または類似していてもよいＰＷＭ発生器回路４００の一実施形態が示されている。ＰＷＭ発生器回路２００とは対照的に、制御信号発生回路４００は、ＰＷＭ駆動信号４０２を生成するためのハードウェアの量を少なくしている。例えば図２のＰＷＭ発生器回路２００は、第１のＰＷＭ信号２３８および第２のＰＷＭ信号２５６を生成するために、コンデンサ、電流源、比較器、等々を含む冗長サブ回路２１４および２１４を使用している。これらの信号２３８および２５６は、次に、ＰＷＭ出力信号２１０を生成するためにＸＯＲゲート２６０によって結合される。

[00121]ＰＷＭ駆動信号４０２を生成するために冗長サブ回路を使用する代わりに、ＰＷＭ発生器回路４００は、ＰＷＭ出力信号４０２を生成するための複数のコンデンサ（すなわち図４のＣ１およびＣ２）および一連のスイッチを使用することができる電流制御モジュール４０４を使用している。電動機１４の位相は変化すると、ＰＷＭ発生器回路４００はスイッチを開閉し、それにより電動機１４のいくつかの位相の間、ＰＷＭ出力信号４０２を生成するためにコンデンサＣ１が充電および放電され、また、ＰＷＭ出力信号４０２を生成するために、電動機１４の交互位相でコンデンサＣ２が充電および放電される。ＰＷＭ発生器回路４００は、他方のコンデンサが使用されている間、一方のコンデンサＣ１またはＣ２を効果的にリセット状態に保持することができ、また、必要に応じてそれらを切り換えることができる。これによりＰＷＭ発生器回路４００は、電動機１４の位相が変化すると使用することができる「準備完了」コンデンサを維持することができる。

[00122]また、ＰＷＭ発生器回路４００は電動機状態セレクタ回路４１０を含むことも可能であり、この電動機状態セレクタ回路４１０は、電動機１４の位相に基づいてリセット信号４１４およびリセット信号４１６を生成することができる。リセット信号４１４およびリセット信号４１６は、スイッチＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４およびＳＷ５を制御することができる。これらのスイッチが開閉すると、電流源４０６、４０８および４０９は、発振グラフを生成するためにコンデンサＣ１およびＣ２に電流を供給し、かつ、コンデンサＣ１およびＣ２から電流を吸い込むことになる。

[00123]一実施形態では、コンデンサＣ１およびＣ２を使用してそれらを切り換え、それによりＰＷＭ出力信号４０２を生成するために、ＰＷＭ発生器回路４００は、以下のような切換えシーケンスを使用することができる。

・電動機１４の第１の位相の間、信号Ｒｅｓｅｔ１はロー状態で開始することができ、また、信号Ｒｅｓｅｔ２はハイ状態で開始することができる。これらの状態の間、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４およびＳＷ５は、コンデンサＣ２が電流源４０６および４０８から開放され、かつ、電流シンク４０９によって放電されるように構成され、また、コンデンサＣ１が電流源４０６および４０８によって充電および放電されるように構成される。

・コンデンサＣ１の電圧がｖｈｉｇｈ信号より高い場合、フリップフロップ４１８の出力がトグルしてスイッチＳＷ１を閉じ、それによりコンデンサＣ１が放電する。

・コンデンサＣ１の電圧がｖｌｏｗ信号より低い場合、フリップフロップ４１８の出力がトグルしてスイッチＳＷ１を開き、それにより電流源４０６によってコンデンサＣ１が充電される。

・電動機１４の位相が変化すると、電動機状態セレクタ４１０は、信号Ｒｅｓｅｔ１をハイ状態に置き、かつ、信号Ｒｅｓｅｔ２をロー状態に置く。これらの状態にある間、スイッチＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４およびＳＷ５は、コンデンサＣ１を開放して放電させ、一方、電流源４０６および４０８によるコンデンサＣ２の充電および放電を許容するように構成される。

・コンデンサＣ２の電圧がｖｈｉｇｈ信号より高い場合、フリップフロップ４１８の出力がトグルしてＳＷ１を閉じ、それによりコンデンサＣ２が放電する。

・コンデンサＣ２の電圧がｖｌｏｗ信号より低い場合、フリップフロップ４１８の出力がトグルしてスイッチＳＷ１を開き、それにより電流源４０６によってコンデンサＣ２が充電される。

・電動機１４の位相が引き続いて変化すると、上で説明したサイクルを継続することができる。

[00124]次に図５を参照すると、流れ図は、電動機を駆動するためのプロセス５００を示している。プロセス５００は、全体として、または部分的に、電子回路１００などの電子回路によって実施することができる。また、プロセス５００は、全体として、または部分的に、他の回路によって、ソフトウェアによって、回路およびソフトウェアの組合せによって、または当分野における任意の他の適切な手段によって実施することも可能である。

[00125]ボックス５０２によって示されているように、プロセス５００は、ＰＷＭ駆動信号２３８、ＰＷＭ駆動信号２５６、ＰＷＭ駆動信号２１０、等々などのＰＷＭ駆動信号を生成することができる。また、プロセス５００は、ボックス５０４によって示されているように、ＰＷＭ駆動信号の周波数を制御するための１つまたは複数の制御信号を生成することも可能である。プロセスの実施形態では、制御信号は、１つまたは複数のサブ回路によって生成することができ、また、プロセス５００は、ＰＷＭ駆動信号の周波数を制御するために使用されるサブ回路を交互に切り換えることができる。プロセス５００は、複数のサブ回路を交互に切り換えることができ、また、ラウンドロビンなどのスケジューリングスキーム、または電動機１４を駆動するための任意の他のスキームを使用することができる。一実施形態では、プロセス５００は、電動機１４の位相が変化すると、ボックス５０６によって示されているように、ＰＷＭ駆動信号の周波数を制御するサブ回路を切り換えることができる。

[00126]また、プロセス５００は、ボックス５０８によって示されているように、電動機の位相の継続期間を監視することも可能である。継続期間を監視するために、プロセスは、ボックス５１０によって示されているように電動機１４から逆ＥＭＦ信号を受け取ることができ、かつ／またはボックス５１２によって示されているように、センサ（すなわち磁界センサ、レゾルバ、等々）から信号を受け取ることができる。

[00127]また、プロセス５００は、ボックス５１４によって示されているように、電動機の位相の継続期間に対応するようにＰＷＭ駆動信号の周波数を設定することも可能である。一実施形態では、プロセス５００は、回路またはソフトウェアを使用して周波数を直接計算することによって、または上で説明したように発振制御信号を提供することによって周波数を設定することができる。周波数は、電動機１４の位相毎にＰＷＭ駆動信号上に単一のパルスまたは複数のパルスが生じるように設定することができる。一実施形態では、電動機１４の位相の間にＰＷＭ駆動信号上に生じるパルスの数は固定数であってもよい。いくつかの実施形態では、電動機１４の位相の間にＰＷＭ駆動信号上に生じるパルスの数は整数であってもよい。他の実施形態では、電動機１４の位相の間にＰＷＭ駆動信号上に生じるパルスの数は、可変数および／または非整数であってもよく、また、電動機の位相、電動機に印加される電力の量、電動機の所望の周波数、等々に応答して変更することも可能である。

[00128]上で説明したように、ＰＷＭ出力信号上の不完全パルスの発生を少なくするために、リセット信号が表明されている間、または電動機１４の位相が変化している時間ポイントでは、パルスが生じないようにパルスの周波数を設定することができる。上で説明したように周波数を制御し、また、短パルスの発生を少なくすることにより、電動機ジッタを少なくすることができる。例えば従来の電動機ドライバは、高精度電動機を制御する場合、３％〜６％の電動機ジッタをもたらすことがある。しかしながら本発明の実施形態を使用することにより、高精度電動機を制御する場合の電動機ジッタを、３％以下、２％以下、１％以下、等々に少なくすることができる。本発明の実施形態は、他のタイプの電動機（例えば非精度電動機）と共に使用される場合も同じく電動機ジッタを少なくすることができる。

[00129]以上の説明では、特定の信号は、ディジタル信号またはアナログ信号として説明されているが、これには制限は意図されていないことは当業者には認識されよう。様々な実施形態では、上で説明したディジタル信号は等価アナログ信号に置き換えることができ、また、その逆についても同様である。同様に、ディジタル信号またはアナログ信号を受け取り、または生成するものとして上で説明した構成要素は、アナログ信号、ディジタル信号または他のタイプの信号を受け取り、または生成する等価構成要素に置き換えることができる。

[00130]以上、本特許の主題である様々な概念、構造および技法を実例で説明する役割を果たしている様々な実施形態について説明したが、これらの概念、構造および技法を組み込んだ他の実施形態を使用することも可能であることは、当業者には明らかになったことと思われる。したがって本特許の範囲は、説明されている実施形態に限定してはならず、そうではなく、本特許の範囲は、特許請求の範囲の精神および範囲によってのみ制限されるものとする。

Claims (26)

1. 電動機を駆動する方法であって、
   電動機への電力を制御するために前記電動機に対する駆動信号を生成するステップと、
   前記駆動信号の周波数を制御するための制御信号を生成するステップと、
   前記電動機の速度を監視するステップと、
   前記電動機の前記速度に基づいて前記制御信号を調整するステップであって、それにより前記駆動信号の前記周波数を前記電動機の位相の継続期間に関連する値に設定し、延いては前記駆動信号上の不完全パルスの発生を少なくするステップと
   を含む方法。
2. 前記駆動信号がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号である、請求項１に記載の方法。
3. 前記制御信号が閾値を横切ると、前記駆動信号をトグルすることによって前記パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
4. 前記閾値が前記パルスの幅を制御するための可変閾値である、請求項３に記載の方法。
5. 前記電動機の個々の位相の間、約２個から約６個のパルスを前記パルス幅変調駆動信号上に生成することになる値に前記パルスの周波数を設定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記周波数が、前記電動機の前記位相が終了すると一度ずつ表明される前記パルス幅変調駆動信号の発生を少なくすることによって不完全パルスの発生を少なくする値に設定される、請求項１に記載の方法。
7. 前記パルス幅変調駆動信号上にパルスを生成するための１つまたは複数の追加制御信号を生成するステップと、
   前記電動機の前記位相が変化すると、前記パルス幅変調駆動信号上に前記パルスを生成するために使用される制御信号を交互に切り換えるステップと
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
8. 前記周波数を設定するステップが、電流がコンデンサを充電する速度を制御するステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. 前記周波数を設定するステップが、前記制御信号が立ち上がり、かつ、立ち下がる速度を制御するために、１つまたは複数のコンデンサを前記制御信号に選択的に結合するステップを含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記電動機の前記位相の前記継続期間を監視するステップが、前記電動機からの逆ＥＭＦ信号、磁界センサからの信号およびレゾルバからの信号のうちの１つから整流信号を受け取るステップを含む、請求項１に記載の方法。
11. 前記磁界センサが、
    ホール効果素子
    磁気抵抗素子
    磁気トランジスタ
    のうちの１つまたは複数を備える、請求項１０に記載の方法。
12. 前記制御信号が三角波信号である、請求項１に記載の方法。
13. 電動機を駆動するための装置であって、
    制御信号に応答して駆動信号上にパルスを生成するように構成された駆動信号発生回路と、
    前記電動機から整流信号を受け取り、かつ、前記電動機の速度を監視するように結合された検出回路と、
    前記駆動信号の周波数が前記電動機の位相の継続期間に関連し、それにより前記駆動信号上の不完全パルスの発生が少なくなるよう、前記電動機の前記監視された速度に応答して前記制御信号を動的に生成するように構成された制御信号発生回路と
    を備える装置。
14. 前記駆動信号がパルス幅変調（ＰＷＭ）信号である、請求項１３に記載の装置。
15. 前記駆動信号発生器回路が、前記制御信号が閾値を横切ると、前記パルス幅変調駆動信号をトグルすることによって前記パルス幅変調駆動信号上に前記パルスを生成する、請求項１３に記載の装置。
16. 前記閾値が前記ＰＷＭ駆動信号上のパルスの幅を制御するための可変閾値である、請求項１５に記載の装置。
17. 前記制御信号発生回路が、前記駆動信号上の不完全パルスの発生を少なくすることによって電動機ジッタを少なくする値に前記ＰＷＭ駆動信号の周波数を設定するように構成される、請求項１３に記載の装置。
18. 前記制御信号発生回路が、前記電動機の前記位相が変化すると、前記ＰＷＭ駆動信号上で一度ずつ生じるパルスの発生を少なくする値に前記パルスの周波数を設定するように構成される、請求項１３に記載の装置。
19. 前記制御信号発生回路が、前記電動機の前記位相の前記継続期間の間に前記ＰＷＭ駆動信号上に所定の数のパルスが生じるよう、前記ＰＷＭ駆動信号の周波数を動的に設定するように構成される、請求項１３に記載の装置。
20. 前記パルス幅変調駆動信号上に前記パルスを生成するための１つまたは複数の追加ＰＷＭ発生器回路
    をさらに備え、前記ドライバ信号発生器回路が、前記ＰＷＭ駆動信号を生成するために使用される制御信号を交互に切り換えるように構成される、請求項１３に記載の装置。
21. 前記ＰＷＭ駆動信号を生成するために使用されていない前記制御信号をリセット状態に保持するように構成された切換え回路をさらに備える、請求項２０に記載の装置。
22. 前記ＰＷＭ発生器回路が、電流がコンデンサを充電する速度を制御することによって前記周波数を設定するように構成される、請求項１３に記載の装置。
23. 前記ＰＷＭ発生器回路が、前記コンデンサに流入し、かつ、前記コンデンサから流出する電流の量を調整することによって前記周波数を設定するように構成される、請求項２２に記載の装置。
24. 前記整流信号が、
    前記電動機からの逆ＥＭＦ信号
    磁界センサによって生成される信号
    レゾルバによって生成される信号
    のうちの１つである、請求項１２に記載の装置。
25. 前記磁界センサが、
    ホール効果素子
    磁気抵抗素子
    磁気トランジスタ
    のうちの１つまたは複数を備える、請求項２４に記載の装置。
26. 前記制御信号が、三角波、ランプ信号および計算された信号のうちの１つである、請求項１３に記載の装置。

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