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GEBIET DER ERFINDUNG
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Vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Motorsteuerung und insbesondere einen Motor, eine Motortreiberschaltung und eine integrierte Schaltung zum Treiben eines Motors.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Basierend auf dem Gesetz der magnetischen Induktion kann ein Motor elektrische Energie konvertieren oder transferieren. Ein einphasiger Permanentmagnetmotor ist einfach im Betrieb und einfach zu steuern und wird aus diesem Grund sehr oft in elektrischen Geräten verwendet. Bei manchen Motoren wird die Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung jedoch durch Jumper bzw. Kurzschlussbrücken gesteuert, die auf Leiterplatten der Motoren angeordnet sind, so dass der Betrieb umständlich ist.
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ÜBERSICHT
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Es sollen daher eine einfach ausgebildete Motortreiberschaltung zum Steuern der Vorwärts- und Rückwärtsdrehung eines Motors, eine integrierte Schaltung und ein die Motortreiberschaltung verwendender Motor bereitgestellt werden.
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Gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung treibt eine Motortreiberschaltung einen Motor und umfasst:
einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter, der mit einer Wicklung des Motors zwischen zwei Anschlüssen einer Wechselstromversorgung in Reihe geschaltet ist;
einen Sensor, der eine Magnetpolposition eines Läufers des Motors erfasst, wobei der Sensor einen Stromversorgungsanschluss, einen Erdungsanschluss und einen Ausgangsanschluss aufweist und über den Ausgangsanschluss ein Erfassungssignal ausgibt;
eine Drehrichtungssteuerschaltung, die mit dem Stromversorgungsanschluss und dem Erdungsanschluss des Sensors verbunden ist und konfiguriert ist für die Steuerung einer Stromflussrichtung durch den Stromversorgungsanschluss und den Erdungsanschluss und die verwendet wird zum Bestimmen einer Phase des Erfassungssignals in Reaktion auf die eingestellte Drehrichtung des Motors; und
eine Schaltersteuerschaltung, die mit dem Ausgangsanschluss des Sensors verbunden ist und konfiguriert ist für die Steuerung eines Schaltzustands des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters, um in Reaktion auf das Erfassungssignal und eine Polarität der Wechselstromversorgung eine Drehrichtung des Motors zu bestimmen.
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Vorzugsweise wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter durch die Schaltersteuerschaltung nur aktiviert, wenn sich die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbperiode befindet und wenn das Erfassungssignal ein erstes Signal ist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbperiode befindet und das Erfassungssignal ein zweites Signal ist.
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Vorzugsweise ist der Sensor ein Hall-Sensor und umfasst ein Hall-Plättchen und einen Signalverstärker, wobei das Hall-Plättchen zwei Erregerstromanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse für die Hall-elektromotorische Kraft hat, wobei die beiden Erregerstromanschlüsse jeweils als Stromversorgungsanschluss und als Erdungsanschluss des Hall-Sensors wirken, ein Eingangsanschluss des Signalverstärkers mit den beiden Ausgangsanschlüssen für die Hall-elektromotorische Kraft verbunden ist und ein Ausgangsanschluss des Signalverstärkers mit einem Ausgangsanschluss des Hall-Sensors verbunden ist.
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Wenn sich der Motor in einer bestimmten Richtung dreht, steuert die Drehrichtungssteuerschaltung vorzugsweise einen Stromfluss von dem Stromversorgungsanschluss in den Erdungsanschluss des Hall-Sensors; und wenn sich der Motor in der zu der bestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung dreht, steuert die Drehrichtungssteuerschaltung des Stromfluss von dem Erdungsanschluss des Hall-Sensors in den Stromversorgungsanschluss des Hall-Sensors.
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Vorzugsweise umfasst die Drehrichtungssteuerschaltung einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter. Der erste Schalter und der zweite Schalter haben jeweils einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss, einen dritten Anschluss und einen Steueranschluss. Der Steueranschluss des ersten Schalters ist konfiguriert für den Empfang eines Signals der eingestellten ersten Drehrichtung. Der Steueranschluss des zweiten Schalters ist konfiguriert für den Empfang eines Signals der eingestellten zweiten Drehrichtung. Der erste Anschluss des ersten Schalters ist mit dem Stromversorgungsanschluss des Hall-Sensors verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Schalters empfängt eine Gleichstrombetriebsspannung. Der zweite Anschluss des ersten Schalters ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters verbunden. Der dritte Anschluss des ersten Schalters ist mit dem dritten Anschluss des zweiten Schalters verbunden und ist geerdet, und der erste Anschluss des zweiten Schalters ist mit dem Erdungsanschluss des Hall-Sensors verbunden.
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Vorzugsweise umfasst die Drehrichtungssteuerschaltung einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter. Der erste Schalter und der zweite Schalter werden durch ein Signal der eingestellten Drehrichtung gesteuert. Der erste und der zweite Schalter umfassen jeweils einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Der erste Anschluss des ersten Schalters ist mit dem Stromversorgungsanschluss des Hall-Sensors verbunden. Der zweite Anschluss des ersten Schalters ist mit dem dritten Anschluss des zweiten Schalters verbunden und ist geerdet. Der dritte Anschluss des ersten Schalters ist mit dem zweiten Anschluss des zweiten Schalters verbunden und empfängt eine Gleichstrombetriebsspannung, und der erste Anschluss des zweiten Schalters ist mit dem Erdungsanschluss des Hall-Sensors verbunden.
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Vorzugsweise umfasst die Motorantriebsschaltung ferner eine Leiterplatte zum Befestigen des Sensors. Wenn sich der Motor in einer ersten Richtung dreht, wird der Sensor auf eine erste Weise in die Leiterplatte eingesetzt. Wenn sich der Motor in einer zweiten Richtung dreht, wird der Sensor auf eine zweite Weise in die Leiterplatte eingesetzt.
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Vorzugsweise hat die Leiterplatte eine Stromversorgungsbuchse, eine Erdungsbuchse und eine Ausgangsanschlussbuchse. Gemäß der ersten Weise wird der Stromversorgungsanschluss des Sensors in die Stromversorgungsbuchse, der Erdungsanschluss des Sensors in die Erdungsbuchse und der Ausgangsanschluss des Sensors in die Ausgangsanschlussbuchse gesteckt; und gemäß der zweiten Weise wird der Stromversorgungsanschluss des Sensors in die Erdungsbuchse, der Erdungsanschluss des Sensors in die Stromversorgungsbuchse und der Ausgangsanschluss des Sensors in die Ausgangsanschlussbuchse gesteckt.
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Eine integrierte Schaltung zum Treiben eines Motors umfasst einen Sensor, der eine Magnetpolposition eines Läufers des Motors erfasst, wobei der Sensor einen Stromversorgungsanschluss, einen Erdungsanschluss und einen Ausgangsanschluss hat und über den Ausgangsanschluss ein Erfassungssignal ausgibt; eine Drehrichtungssteuerschaltung, die mit dem Stromversorgungsanschluss und dem Erdungsanschluss des Sensors verbunden ist und konfiguriert ist für die Steuerung einer Stromflussrichtung durch den Stromversorgungsanschluss und den Erdungsanschluss und die verwendet wird zum Bestimmen einer Phase des Erfassungssignals in Reaktion auf die eingestellte Drehrichtung des Motors; und eine Schaltersteuerschaltung, die mit dem Ausgangsanschluss des Sensors verbunden ist und konfiguriert ist für die Steuerung eines Schalterzustands des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters, um in Reaktion auf das Erfassungssignal und eine Polarität der Wechselstromversorgung eine Drehrichtung des Motors zu bestimmen.
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Vorzugsweise wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter durch die Schaltersteuerschaltung nur aktiviert, wenn sich die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbperiode befindet und wenn das Erfassungssignal ein erstes Signal ist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbperiode befindet und das Erfassungssignal ein zweites Signal ist.
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Vorzugsweise ist der Sensor ein Hall-Sensor und umfasst ein Hall-Plättchen und einen Signalverstärker, wobei das Hall-Plättchen zwei Erregerstromanschlüsse und zwei Ausgangsanschlüsse für die Hall-elektromotorische Kraft hat, wobei die beiden Erregerstromanschlüsse jeweils als Stromversorgungsanschluss und als Erdungsanschluss des Hall-Sensors wirken, ein Eingangsanschluss des Signalverstärkers mit den beiden Ausgangsanschlüssen für die Hall-elektromotorische Kraft verbunden ist und ein Ausgangsanschluss des Signalverstärkers mit einem Ausgangsanschluss des Hall-Sensors verbunden ist.
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Vorzugsweise umfasst die integrierte Schaltung ferner einen Gleichrichter, der eine Gleichstromspannung zumindest für die Drehrichtungssteuerschaltung bereitstellt.
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Vorzugsweise umfasst die integrierte Schaltung eine Spannungsreduziereinheit, die zwischen die Wechselstromversorgung und den Gleichrichter geschaltet ist.
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Vorzugsweise ist der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in die integrierte Schaltung integriert, die anders als der Sensor auf einem Halbleiter integriert ist.
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Ein Motor enthält vorzugsweise eine Motortreiberschaltung wie vorstehend beschrieben oder die integrierte Schaltung wie vorstehend beschrieben.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt schematisch ein Schaltungsprinzip eines einphasigen Permanentmagnetmotors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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3 und 4 zeigen Schaltungsblockdiagramme einer Ausführungsform der in 2 dargestellten Motortreiberschaltung;
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5 zeigt ein Schaltungsdiagramm der in 3 dargestellten Motortreiberschaltung;
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6 und 7 zeigen Schaltungsdiagramme einer ersten Ausführungsform einer Drehrichtungssteuerschaltung, die in 5 dargestellt ist;
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8 zeigt schematisch ein Funktionsprinzip eines Hall-Sensors;
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9 und 10 zeigen Schaltungsdiagramme einer zweiten Ausführungsform der Drehrichtungssteuerschaltung, die in 5 gezeigt ist;
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11 und 12 sind Schaltungsdiagramme weiterer Ausführungsformen einer Schaltersteuerschaltung in einer Motortreiberschaltung, und
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13 und 14 zeigen schematisch eine Leiterplatte eines Motors gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Es folgt die Beschreibung von technischen Lösungen anhand von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit den anliegenden Zeichnungen. Dabei sind nur einige und nicht sämtliche Ausführungsformen der Erfindung beschrieben. Ausführungsformen die der Fachmann auf der Grundlage der beschriebenen Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun erzielt, fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung. Die Zeichnungen dienen lediglich Darstellungs- und Erläuterungszwecken, ohne die Erfindung einzuschränken. Verbindungen, die in den Zeichnungen dargestellt sind, dienen der Erläuterung bzw. Klarheit und stellen ebenfalls keine Einschränkung dar.
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Es ist zu beachten, dass ein Element, wenn es mit einem anderen Element ”verbunden” ist, direkt mit diesem anderen Element verbunden sein kann oder über die Zwischenschaltung eines weiteren Elements. Wenn nicht anders angegeben, haben sämtliche Fachbegriffe, die in der vorliegenden Beschreibung verwendet werden, die dem Fachmann bekannte Bedeutung. Begriffe und Wendungen, die vorliegend verwendet werden, dienen lediglich der Beschreibung von bestimmten Ausführungsformen, ohne die vorliegende Offenbarung einzuschränken.
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1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Ein Motor 10 hat einen Ständer und einen Läufer 11, der sich relativ zu dem Ständer drehen kann. Der Ständer hat eine Ständerkern 12 und eine Ständerwicklung 16, die um den Ständerkern 12 herumgeführt ist. Der Ständerkern 12 kann aus einem weichmagnetischen Material wie Reineisen, Gusseisen, Gussstahl, Elektrostahl, Siliziumstahl und Ferrit hergestellt sein. Der Läufer 11 ist ein Permanentmagnetläufer und arbeitet im Dauerbetrieb mit einer konstanten Drehzahl von 60 f/p (U/min), wenn die Ständerwicklung 16 mit einer Wechselstromversorgung 24 (siehe 2) in Reihe geschaltet ist, wobei f eine Frequenz der Wechselstromversorgung und p die Anzahl von Polpaaren des Läufers bezeichnet. In der Ausführungsform hat der Ständerkern 12 ein Paar von einander gegenüberliegenden Polabschnitten 14. Jeder Pol des Paares von einander gegenüberliegenden Polen 14 hat eine Polbogenfläche 15. Ein Außenfläche des Läufers 11 liegt der Polbogenfläche 15 über einen im Wesentlichen einheitlichen Luftspalt 13, der zwischen der Außenfläche des Läufers 11 und der Polbogenfläche 15 gebildet ist, gegenüber. Der Begriff ”im Wesentlichen einheitlicher Luftspalt” in der vorliegenden Beschreibung bedeutet, dass in dem Großteil des Raums zwischen dem Ständer und dem Läufer ein einheitlicher Luftspalt gebildet wird und dass nur in einem kleinen Teil des Raums zwischen dem Ständer und dem Läufer ein uneinheitlicher Luftspalt gebildet wird. Vorzugsweise kann eine Anlaufnut, die konkav ist, in der Polbogenfläche 15 des Pols des Ständers vorgesehen sein, und ein Teil der Polbogenfläche 15, die Anlaufnut 17 ausgenommen, kann zu dem Läufer konzentrisch sein. Mit vorstehend beschriebener Konfiguration kann ein nicht einheitliches Magnetfeld gebildet werden, um sicherzustellen, dass eine Polachse S1 des Läufers einen Neigungswinkel relativ zu einer zentralen Achse S2 des Pols 14 des Ständers aufweist. Eine solche Konfiguration ermöglicht, dass der Läufer 11 jedes Mal, wenn der Motor angeschaltet wird, unter der Wirkung einer Motortreiberschaltung 18 über ein Anlaufdrehmoment verfügt. In der Ausführungsform kann die ”Polachse S1 des Läufers” eine Trennung zwischen zwei Magnetpolen mit unterschiedlicher Polarität sein, und die ”zentrale Achse S2 des Pols 14 des Ständers” kann eine Verbindungslinie sein, die durch die einander gegenüberliegenden Polabschnitte in der Mitte verläuft. In der Ausführungsform können der Ständer und der Läufer jeweils zwei Magnetpole aufweisen. Es versteht sich, dass die Anzahl von Magnetpolen des Ständers gegebenenfalls ungleich der Anzahl von Magnetpolen des Läufers ist und dass der Ständer und der Läufer in anderen Ausführungsformen mehr Magnetpole aufweisen können, zum Beispiel vier oder sechs Magnetpole.
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2 zeigt schematisch ein Schaltungsprinzip eines einphasigen Permanentmagnet-Synchronmotors 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Ständerwicklung 16 des Motors 10 ist mit einer Motortreiberschaltung 18 zwischen zwei Anschlüssen der Wechselstromversorgung 24 in Reihe geschaltet. Die Motortreiberschaltung 18 steuert die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors. Die Wechselstromversorgung kann 110 V, 220 V, 230 V oder ein Wechselstrom sein, der von einem Inverter ausgegeben wird.
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3 zeigt ein Blockdiagramm einer Ausführungsform der Motortreiberschaltung 18. Die Motortreiberschaltung 18 umfasst eine Erfassungsschaltung 20, einen Gleichrichter 29, einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26, eine Schaltersteuerschaltung 30 und eine Drehrichtungssteuerschaltung 60. Die Ständerwicklung 16 des Motors ist mit dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 zwischen zwei Anschlüssen der Wechselstromversorgung 24 in Reihe geschaltet. Ein erster Eingangsanschluss I1 des Gleichrichters 28 ist über einen Widerstand R0 mit einem Knoten zwischen der Ständerwicklung 16 und dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 verbunden, und ein zweiter Eingangsanschluss 12 des Gleichrichters 28 ist mit einem Verbindungsknoten zwischen dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 und der Wechselstromversorgung 24 verbunden, um den Wechselstrom in einen Gleichstrom umzuwandeln und um den Gleichstrom für die Drehrichtungssteuerschaltung 60 bereitzustellen. Die Erfassungsschaltung 20 erfasst eine Magnetpolposition des Läufers 11 und gibt über einen Ausgangsanschluss der Erfassungsschaltung 20 ein betreffendes Magnetpol-Positionssignal aus, z. B. 5 V oder 0 V. Die Erfassungsschaltung 20 ist vorzugsweise ein Hall-Sensor 22. In der Ausführungsform ist der Hall-Sensor 22 dem Läufer 11 des Motors benachbart angeordnet. Der Hall-Sensor 22 hat einen Stromversorgungsanschluss VCC, einen Erdungsanschluss GND und einen Ausgangsanschluss H1 (siehe 5). Der Ausgangsanschluss H1 gibt ein Erfassungssignal aus, das die Magnetpolposition des Läufers angibt.
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Die Drehrichtungssteuerschaltung 60 ist mit dem Hall-Sensor 22 elektrisch verbunden und ist konfiguriert für die Steuerung einer Stromflussrichtung durch den Stromversorgungsanschluss VCC und den Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22 auf der Basis der eingestellten Drehrichtung des Motors, um eine Phase des Erfassungssignals zu steuern, das von dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ausgegeben wird. Die Schaltersteuerschaltung 30 ist mit dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 verbunden und steuert den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26, so dass dieser auf der Basis des empfangenen Erfassungssignals und der Information über die Polarität der Wechselstromversorgung alternierend aktiviert und deaktiviert wird, um die Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Motors zu steuern. Es wird auf 4 Bezug genommen. In weiteren Ausführungsformen kann der erste Eingangsanschluss I1 des Gleichrichters 28 über den Widerstand R0 mit einem Knoten zwischen der Ständerwicklung 16 und der Wechselstromversorgung 24 verbunden sein, und der zweite Eingangsanschluss 12 des Gleichrichters 28 kann mit einem weiteren Knoten zwischen der Wechselstromversorgung 24 und dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 verbunden sein.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, die ein spezielles Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der Motortreiberschaltung 18 zeigt, die in 3 dargestellt ist.
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Der Gleichrichter 28 hat vier Dioden D2 bis D5. Ein Kathode der Diode D2 ist mit einer Anode der Diode D3, eine Kathode der Diode D3 mit einer Kathode der Diode D4, eine Anode der Diode D4 mit einer Kathode der Diode D5 und eine Anode der Diode D5 mit einer Anode der Diode D2 verbunden. Die Kathode der Diode D2, die als erster Eingangsanschluss 11 des Gleichrichters 28 wird, ist über den Widerstand R0 mit der Ständerwicklung 16 des Motors verbunden. Der Widerstand R0 ist eine Spannungsreduziereinheit. Die Anode der Diode D4, die als zweiter Eingangsanschluss 12 des Gleichrichters 28 wirkt, ist mit der Wechselstromversorgung 24 verbunden. Die Kathode der Diode D3, die als erster Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 dient, ist mit der Drehrichtungssteuerschaltung 60 und der Schaltersteuerschaltung 30 verbunden, und der erste Ausgangsanschluss O1 gibt eine hohe Gleichstrombetriebsspannung VDD aus. Die Anode der Diode D5, die als zweiter Ausgangsanschluss O2 des Gleichrichters 28 wirkt, ist mit der Drehrichtungssteuerschaltung 60 verbunden, und der zweite Ausgangsanschluss O2 gibt eine Spannung aus, die niedriger ist als die von dem ersten Ausgangsanschluss ausgegebene Spannung. Eine Zenerdiode Z1 ist zwischen den ersten Ausgangsanschluss O1 und den zweiten Ausgangsanschluss O2 des Gleichrichters 28 geschaltet. Eine Anode der Zenerdiode Z1 ist mit dem zweiten Ausgangsanschluss O2 verbunden, und eine Kathode der Zenerdiode Z1 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 verbunden.
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Die Schaltersteuerschaltung 30 hat Anschlüsse eins bis drei, wobei der erste Anschluss mit dem ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters 28, der zweite Anschluss mit dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 und der dritte Anschluss mit einer Steuerelektrode des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 verbunden ist. Die Schaltersteuerschaltung 30 umfasst einen Widerstand R2, eine NPN-Triode Q1 und eine Diode D1 und einen Widerstand R1, die zwischen dem Eingangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 und dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 miteinander in Reihe geschaltet sind. Eine Kathode der Diode D1, die als zweiter Anschluss wirkt, ist mit dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 verbunden. Ein Anschluss des Widerstands R2 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 und der andere Anschluss des Widerstands R2 mit dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 verbunden. Eine Basiselektrode der NPN-Triode Q1 ist mit dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22, eine Emitterelektrode der NPN-Triode Q1 mit der Anode der Diode D1 und eine Kollektorelektrode der NPN-Triode Q1, die als erster Anschluss wirkt, mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 verbunden. Ein Anschluss von R1, der nicht mit der Diode D1 verbunden ist, wirkt als dritter Anschluss.
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Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 ist vorzugsweise ein TRIAC, von dem zweiten Anoden T1 und T2 jeweils mit der Wechselstromversorgung 24 und der Ständerwicklung 16 verbunden sind, und von dem einer Steuerelektrode G mit dem dritten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 verbunden ist. Es versteht sich, dass der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 einen elektronischen Schalter umfassen kann, der einen bidirektionalen Stromfluss ermöglicht und der gebildet sein kann aus einem oder mehreren der folgenden Elemente: einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffektransistor, einem siliziumgesteuerten Gleichrichter, einem TRIAC, einem bipolaren Transistor mit isoliertem Gate, einem Bipolartransistor, einem Halbleiter-Thyratron und einem Optokoppler. Zum Beispiel können zwei Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden; zwei siliziumgesteuerte Gleichrichter können einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden; zwei bipolare Transistoren mit einem isolierten Gate können einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden; und zwei Bipolartransistoren können einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter bilden.
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Die Schaltersteuerschaltung 30 ist konfiguriert für: das Aktivieren des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, wenn sich die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbperiode befindet und der zweite Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ein Signal mit einem ersten Pegel empfängt oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbperiode befindet und der zweite Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ein Signal mit einem zweiten Pegel empfängt; oder für das Deaktivieren des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, wenn sich die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbperiode befindet und der zweite Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ein Signal mit dem ersten Pegel empfängt oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbperiode befindet und der zweite Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ein Signal mit dem zweiten Pegel empfängt. Vorzugsweise ist der erste Pegel ein hoher Logikpegel, und der zweite Pegel ist niedriger Logikpegel.
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Es wird auf die 6 und 7 Bezug genommen, in denen spezielle Schaltungsdiagramme der Drehrichtungssteuerschaltung 60 und des Hall-Sensors 22 dargestellt sind. Die Drehrichtungssteuerschaltung 60 umfasst eine Spannungsregler 63, einen ersten Schalter 61 und einen zweiten Schalter 62. Der erste Schalter 61 und der zweite Schalter 62 haben jeweils einen ersten Anschluss 1, einen zweiten Anschluss 2, einen dritten Anschluss 3 und einen Steueranschluss C1. Der Steueranschluss C1 empfängt ein Signal der eingestellten Drehrichtung, um die Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Motors zu steuern. Insbesondere empfängt der Steueranschluss C1 des ersten Schalters 61 ein Signal CTRL1 der eingestellten Drehrichtung, und der Steueranschluss C1 des zweiten Schalters 62 empfängt ein Signal CTRL2 der eingestellten Drehrichtung. Der erste Anschluss 1 des ersten Schalters 61 ist mit dem Stromversorgungsanschluss VCC des Hall-Sensors 22 verbunden, und der zweite Anschluss 2 des ersten Schalters 61 ist über den Spannungsregler 63 mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 verbunden, um die von dem Gleichrichter 28 ausgegebene Gleichstrombetriebsspannung VDD zu empfangen. Der zweite Anschluss 2 des ersten Schalters 61 ist mit dem zweiten Anschluss 2 des zweiten Schalters 62 verbunden. Der dritte Schalter 3 des ersten Schalters 61 ist mit dem dritten Anschluss 3 des zweiten Schalters 62 verbunden und empfängt eine niedrige Spannung (indem er beispielsweise geerdet oder mit dem zweiten Ausgangsanschluss O2 des Gleichrichters verbunden ist), und der erste Anschluss des zweiten Schalters 62 ist mit dem Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22 verbunden.
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Wenn der Hall-Sensor 22 angeschaltet wird, d. h. der Strom fließt aus dem Stromversorgungsanschluss VCC des Hall-Sensors 22 in den Hall-Sensor 22 und fließt aus dem Hall-Sensor 22 über den Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22 aus dem Hall-Sensor 22. Der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 gibt ein Erfassungssignal mit einem hohen Logikpegel aus, wenn ein durch den Hall-Sensor 22 erfasstes Läufermagnetfeld Nord ist, oder der Ausgangsanschluss H1 gibt eine Erfassungssignal mit einem niedrigen Logikpegel aus, wenn ein erfasstes Läufermagnetfeld Süd ist. In weiteren Ausführungsformen kann der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22, wenn der Hall-Sensor 22 angeschaltet wird, ein Magnetpolpositionssignal mit einem niedrigen Logikpegel ausgeben, wenn das erfasste Läufermagnetfeld Nord ist, oder der Ausgangsanschluss H1 kann ein Magnetpolpositionssignal mit einem hohen Logikpegel ausgeben, wenn das erfasste Läufermagnetfeld Süd ist.
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In der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird die Magnetpolposition des Läufers nicht geändert. Eine Phase des von dem Hall-Sensor 22 ausgegebenen Erfassungssignals wird geändert, indem die Richtung des Stromflusses in den Hall-Sensor 22 geändert wird. Auf diese Weise wird der Logikpegel gesteuert, der von dem Hall-Sensor 22 an den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben wird. Es wird auf 8 Bezug genommen. Der Hall-Sensor 22 ist ein Magnetsensor, der ein Magnetfeld und dessen Änderung erfassen kann. Der Hall-Sensor 22 umfasst im Wesentlichen ein Halbleiterplättchen, d. h. ein Hall-Plättchen 220 und einen Signalverstärker 222. Das Hall-Plättchen 220 hat zwei Erregerstromanschlüsse M und N (jeweils entsprechend dem Stromversorgungsanschluss VCC und dem Erdungsanschluss GND in 5) und zwei Ausgangsanschlüsse C und D für die Hall-elektromotorische Kraft. Zwei Eingangsanschlüsse des Signalverstärkers 222 sind jeweils mit den beiden Ausgangsanschlüssen C und D für die Hall-elektromotorische Kraft verbunden. Das Hall-Plättchen 220 ist in einem Magnetfeld angeordnet, dessen Magnetinduktionsstärke B beträgt. Eine Richtung des Magnetfelds führt von unten nach oben und ist senkrecht zu dem Hall-Plättchen 220, wie in 8 gezeigt ist. Wenn ein Strom durch das Hall-Plättchen 220 von dem Erregerstromanschluss M zu dem Erregerstromanschluss N fließt, wird eine elektromotorische Kraft in einer zu dem Strom und zu dem Magnetfeld senkrechten Richtung erzeugt und wird durch die beiden Ausgangsanschlüsse C und D für die Hall-elektromotorische Kraft ausgegeben. Der Signalverstärker 222 verstärkt die Hall-elektromotorische Kraft und erzeugt eine Erfassungssignal in Form eines Digitalsignals, und das Erfassungssignal wird durch den Ausgangsanschluss H1 des Hallsensors ausgegeben. Falls die Richtung des Magnetfelds nicht geändert wird, ändert sich die Richtung eines an das Hall-Plättchen 220 angelegten Stroms I. Das heißt, wenn ein Strom von dem Erregerstromanschluss N zu dem Erregerstromanschluss M fließt, ist eine Richtung der erzeugten Hall-elektromotorischen Kraft zur Richtung der elektromotorischen Kraft entgegengesetzt, die erzeugt wird, wenn der Strom von dem Erregerstromanschluss M zu dem Erregerstromanschluss N fließt, und ein durch den Signalverstärker 222 erzeugtes Erfassungssignal wird relativ zu dem Erfassungssignal, das erzeugt wird, wenn der Strom von dem Erregeranschluss M zu dem Erregeranschluss N fließt, um 180 Grad reversiert. Wenn basierend darauf die Richtung des für das Hall-Plättchen 220 bereitgestellten Stroms umgekehrt wird, wird eine Phase des von dem Hall-Sensor 22 ausgegebenen Signals umgekehrt. Das Erfassungssignal wird an die Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben, um den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 zu steuern und dadurch den Motor zur Umkehr der Drehrichtung anzusteuern.
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Aus der Theorie der Elektromagnetik weiß man gegebenenfalls, dass bei einem einphasigen Permanentmagnet-Wechselstrommotor eine Drehrichtung des Läufers des Motors geändert werden kann, indem die Richtung des Stroms zu der Ständerwicklung 16 geändert wird. Wenn die durch den Hall-Sensor 22 erfasste Polarität des Läufers einen N-Pol anzeigt und durch die Ständerwicklung 16 ein Wechselstrom in einer positiven Halbperiode fließt, dreht sich der Motor in der umgekehrten Richtung, z. B. in Gegenuhrzeigerrichtung (CCW = counterclockwise). Es versteht sich, dass sich der Läufer des Motors vorwärts dreht, z. B. in Uhrzeigerrichtung (CW = clockwise), wenn die durch den Hall-Sensor 22 erfasste Polarität des Läufers einen N-Pol anzeigt und ein Wechselstrom in einer negativen Halbperiode durch die Ständerwicklung 16 fließt. Ausführungsformen der Erfindung basieren auf diesem Prinzip, d. h. die Richtung des durch die Ständerwicklung 16 fließenden Stroms wird auf der Basis der durch den Hall-Sensor 22 erfassten Polarität des Läufers eingestellt, wodurch die Vorwärtsdrehung und die Rückwärtsdrehung des Motors gesteuert werden.
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Es wird insbesondere erneut auf 6 Bezug genommen. Wenn der Motor für eine Vorwärtsdrehung vorgesteuert ist, hat das Signal CTRL1 der eingestellten Drehrichtung einen ersten Pegel, z. B. einen hohen Logikpegel, der erste Anschluss 1 des ersten Schalters 61 ist mit dem dritten Anschluss 3 des ersten Schalters 61 verbunden; und das Signal CTRL2 der eingestellten Drehrichtung hat einen zweiten Pegel, z. B. einen niedrigen Logikpegel, und der erste Anschluss 1 des zweiten Schalters 62 ist mit dem zweiten Anschluss 2 des zweiten Schalters 62 verbunden. Die Gleichstrombetriebsspannung VDD wird durch den Spannungsregler 63 konvertiert und fließt dann über den zweiten Schalter 62 in den Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22, fließt über den Stromversorgungsanschluss VCC des Hall-Sensors 22 aus dem Hall-Sensor 22 und wir über den ersten Schalter 61 geerdet. Wenn ein durch den Hall-Sensor 22 erfasster Magnetpol des Läufers ein N-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 einen niedrigen Logikpegel aus; der niedrige Logikpegel wird an den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben, die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den niedrigen Pegel, und die Triode Q1 wird abgeschaltet. Wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebener Strom in einer negativen Halbperiode befindet, passiert der Strom in der negativen Halbperiode die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, den Widerstand R1, die Diode D1 und wird geerdet; der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, der Strom in der negativen Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung, und die Drehung des Läufers 11 in Uhrzeigerrichtung setzt ein. Wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebener Strom in einer positiven Halbperiode befindet, kann der Strom in der positiven Halbperiode die Triode Q1 nicht passieren, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird deaktiviert, und der Läufer 11 dreht sich nicht.
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Wenn ein durch den Hall-Sensor 22 erfasster Magnetpol des Läufers ein S-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 einen hohen Logikpegel aus; der hohe Logikpegel wird an den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben, die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den hohen Pegel, und die Triode Q1 wird angeschaltet. Wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebener Strom in einer positiven Halbperiode befindet, fließt der Strom in der positiven Halbperiode durch die Triode Q1 und den Widerstand R1 in die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, der Strom in der positiven Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung, und der Läufer 11 dreht sich in Uhrzeigerrichtung. Wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebener Strom in einer negativen Halbperiode befindet, kann der Strom in der negativen Halbperiode die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 und den Widerstand R1 nicht passieren, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird deaktiviert, und der Läufer 11 dreht sich nicht.
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Es wird auf 7 Bezug genommen. Wenn der Motor für eine Rückwärtsdrehung vorgesteuert ist, hat das Signal CTRL1 der eingestellten Drehrichtung einen zweiten Pegel, d. h. einen niedrigen Logikpegel, der erste Anschluss 1 des ersten Schalters 61 ist mit dem zweiten Anschluss 2 des ersten Schalters 61 verbunden; das Signal CTRL2 der eingestellten Drehrichtung hat einen ersten Pegel, d. h. einen hohen Logikpegel, und der erste Anschluss 1 des zweiten Schalters 62 ist mit dem dritten Anschluss 3 des zweiten Schalters 62 verbunden. Strom, der von der Gleichstrombetriebsspannung VDD bereitgestellt wird, fließt über den ersten Schalter 61 in den Stromversorgungsanschluss VCC des Hall-Sensors 22, fließt über den Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22 aus dem Hall-Sensor 22 und wird über den zweiten Schalter 62 geerdet. Wenn ein durch den Hall-Sensor 22 erfasster Magnetpol des Läufers ein N-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 einen hohen Logikpegel aus; der hohe Logikpegel wird an den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben, die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den hohen Pegel, und die Triode Q1 wird angeschaltet. Wenn sich die Wechselstromversorgung 24 in einer positiven Halbperiode befindet, fließt der Strom in der positiven Halbperiode durch die Triode Q1 und den Widerstand R1 in die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, der Strom in der positiven Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung, und der Läufer 11 dreht sich in Gegenuhrzeigerrichtung. Wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebener Strom in einer negativen Halbperiode befindet, kann der Strom in der negativen Halbperiode die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 und den Widerstand R1 nicht passieren, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird deaktiviert, und der Läufer 11 dreht sich nicht.
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Wenn der durch den Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpol des Läufers ein S-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 einen niedrigen Logikpegel aus; der niedrige Logikpegel wird an den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben, die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den niedrigen Pegel, und die Triode Q1 wird abgeschaltet. Wenn sich der von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebene Strom in einer negativen Halbperiode befindet, passiert der Strom in der negativen Halbperiode die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, den Widerstand R1, die Diode D1 und wird geerdet, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, der Strom in der negativen Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung, und die Drehung des Läufers 11 in Gegenuhrzeigerrichtung setzt ein. Wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebener Strom in einer positiven Halbperiode befindet, kann der Strom in der positiven Halbperiode die Triode Q1 nicht passieren, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird deaktiviert, und der Läufer 11 dreht sich nicht.
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Der oben genannte Fall, in dem sich der Läufer 11 nicht dreht, bezieht sich auf einen Fall, in dem sich der Läufer 11 nicht dreht, wenn der Motor gestartet wird. Nachdem der Motor erfolgreich gestartet wurde, dreht sich der Läufer 11 durch Trägheit weiter, selbst wenn der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 deaktiviert wird. Außerdem muss bei einer Änderung der Drehrichtung des Läufers 11 zuerst die Drehung des Läufers 11 des Motors gestoppt werden. Die Drehung des Läufers 11 des Motors lässt sich ohne weiteres stoppen. Zum Beispiel kann zwischen der Wechselstromversorgung 24 und der Ständerwicklung 16 des Motors ein Schalter (nicht gezeigt) vorgesehen sein, und die Drehung des Läufers kann gestoppt werden, sobald der Schalter für vorgegebene Zeitperiode deaktiviert wird.
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Die nachstehende Tabelle 1 zeigt einen Fall, in dem die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors basierend auf der eingestellten Drehrichtung des Motors, der Magnetpolposition des Läufers und der Polarität der Stromversorgung gesteuert werden. Tabelle 1
| Signal CTRL1 der eingestellten Drehrichtung | Elektronischer Schalter 61 | Signal CTRL2 der eingestellten Drehrichtung | Elektronischer Schalter 62 | Magnetpolposition des Läufers | Ausgangs-Anschluss H1 eines HallSensors | Wechselstromversorgung | Drehrichtung eines Motors |
| 1 | Erster Anschluss 1 ist mit einem dritten Anschluss 3 verbunden | 0 | Erster Anschluss 1 ist mit einem zweiten Anschluss 2 verbunden | N | 0 | Negative Halbperiode | CW |
| S | 1 | Positive Halbperiode | CW |
| N | 0 | Positive Halbperiode | Weiterdrehung durch Trägheit |
| S | 1 | Negative Halbperiode | Weiterdrehung durch Trägheit |
| 0 | Erster Anschluss 1 ist mit einem zweiten Anschluss 2 verbunden | 1 | Erster Anschluss 1 ist mit einem dritten Anschluss 3 verbunden | N | 1 | Positive Halbperiode | CCW |
| S | 0 | Negative Halbperiode | CCW |
| N | 1 | Negative Halbperiode | Weiterdrehung durch Trägheit |
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Zusammengefasst steuert die Drehrichtungssteuerschaltung 60 eine Richtung des Stroms, der durch den Stromversorgungsanschluss und den Erdungsanschluss des Hall-Sensors 22 fließt, basierend auf der eingestellten Drehrichtung des Motors, um eine Phase des von dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 an die Schaltersteuerschaltung 30 ausgegebenen Erfassungssignals zu steuern, wodurch ein Schaltzustand des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 basierend auf der Polarität der Stromversorgung gesteuert wird, um die Richtung des durch die Ständerwicklung fließenden Stroms zu steuern, und wodurch die Drehrichtung des Motors gesteuert wird.
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Es wird auf die 9 und 10 Bezug genommen, in denen Schaltungsdiagramme der Drehrichtungssteuerschaltung 70 und des mit der Drehrichtungssteuerschaltung 70 verbundenen Hall-Sensors 22 in der Motortreiberschaltung 18 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt sind. Ein Schaltungsaufbau in der in 9 gezeigten Ausführungsform ist im Wesentlichen der gleiche wie der Schaltungsaufbau in der in 6 gezeigten Ausführungsform. Der Schaltungsaufbau in 9 unterscheidet sich von dem Schaltungsaufbau in
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6 dadurch, dass in 9 ein erster Schalter 71 und ein zweiter Schalter 72 in einer Drehrichtungssteuerschaltung 70 durch ein Signal CTRL einer eingestellten Drehrichtung gesteuert werden, dass ein erster Anschluss 1 des ersten Schalters 71 mit dem Stromversorgungsanschluss VCC des Hall-Sensors 22 verbunden ist, dass ein zweiter Schalter 2 des ersten Schalters 71 mit dem dritten Anschluss 3 des zweiten Schalters 72 verbunden ist, dass ein dritter Anschluss 3 des ersten Schalters 71 über einen Spannungsregler 73 mit einem zweiten Anschluss 2 des zweiten Schalters 72 und mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 verbunden ist, um eine Gleichstrombetriebsspannung VDD zu empfangen, und dass ein erster Anschluss 1 des zweiten Schalters 72 mit dem Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22 verbunden ist.
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Wenn der Motor für eine Vorwärtsdrehung gesteuert wird, gibt das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung einen ersten Pegel aus, zum Beispiel einen hohen Logikpegel, der erste Anschluss 1 des ersten Schalters 71 ist mit dem zweiten Anschluss 2 des ersten Schalters 71 verbunden, der erste Anschluss 1 des zweiten Schalters 72 ist mit dem zweiten Anschluss 2 des zweiten Schalters 72 verbunden, ein durch den Gleichrichter 28 bereitgestellter Strom fließt über den zweiten Schalter 72 in den Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22, fließt über den Stromversorgungsanschluss VCC aus dem dem Hall-Sensor 22 und wird über den ersten Schalter 71 geerdet. Wenn der durch den Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpol des Läufers ein N-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 einen niedrigen Logikpegel aus, der niedrige Logikpegel wird an den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben, und die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den niedrigen Pegel. Wenn sich die Wechselstromquelle 24 in einer negativen Halbperiode befindet, fließt der Strom in der negativen Halbperiode durch die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, den Widerstand R1, die Diode D1 und wird geerdet, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, der Strom in der negativen Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung, und der Läufer 11 dreht sich in Uhrzeigerrichtung.
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Wie in 10 gezeigt ist, gibt das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung einen zweiten Pegel aus, z. B. einen niedrigen Logikpegel, wenn der Motor für eine Rückwärtsdrehung vorgesteuert ist, der erste Anschluss 1 des ersten Schalters 71 ist mit dem dritten Anschluss 3 des ersten Schalters 71 verbunden, der erste Anschluss 1 des zweiten Schalters 72 ist mit dem dritten Anschluss 3 des zweiten Schalters 72 verbunden, ein durch den Gleichrichter 28 bereitgestellter Strom fließt über den ersten Schalter 71 in den Stromversorgungsanschluss VCC des Hall-Sensors 22, fließt über den Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors aus dem Hall-Sensor 22 und wird über den zweiten Schalter 72 geerdet. Wenn ein durch den Hall-Sensor 22 erfasster Magnetpol des Läufers ein N-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ein hohen Logikpegel aus, der hohe Logikpegel wird an den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 ausgegeben, und die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den hohen Pegel. Wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 24 ausgegebener Strom in einer positiven Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 aktiviert, der Strom in der positiven Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung, und der Läufer 11 dreht sich in Gegenuhrzeigerrichtung.
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Die Schaltersteuerschaltung gemäß vorliegender Erfindung ist nicht auf die in 5 dargestellte Schaltung beschränkt. Es sind auch Schaltungen möglich, die in den 11 und 12 dargestellt sind.
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Es wird auf 11 Bezug genommen. Eine Schaltersteuerschaltung 30 umfasst einen Widerstand R3, eine Diode D6 und einen Widerstand R4 und eine Diode D7, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Erfassungsschaltung 20 und der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 in Reihe geschaltet sind. Eine Kathode der Diode D7 ist mit dem Widerstand R4 verbunden, und eine Anode der Diode D7 ist mit der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters verbunden. Ein Anschluss des Widerstands R3 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 verbunden, und der andere Anschluss des Widerstands R3 ist mit einer Anode der Diode D6 verbunden. Eine Kathode der Diode D6 ist mit der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 verbunden.
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Es wird auf 12 Bezug genommen. Eine Schaltersteuerschaltung 30 umfasst einen Widerstand R3, einen Widerstand R4 und eine Diode D6 und eine Diode 7, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Erfassungsschaltung 20 und der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 umgekehrt zueinander in Reihe geschaltet sind. Kathoden der Diode D6 und der Diode D7 sind jeweils mit dem Ausgangsanschluss der Erfassungsschaltung 20 und mit der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 verbunden. Ein Anschluss des Widerstands R3 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 und der andere Anschluss des Widerstands R mit einem Verbindungspunkt von Anoden der Diode D6 und der Diode D7 verbunden. Zwei Anschlüsse des Widerstands R4 sind jeweils mit den Kathoden der Diode D6 und der Diode D7 verbunden.
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Für den Fachmann versteht es sich, dass der Motor gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für Antriebsvorrichtungen verwendet werden kann, zum Beispiel für Fensterheber in Automobilen oder für Rollläden in Bürogebäuden und Wohnhäusern. Der Motor gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann ein Permanentmagnet-Wechselstrommotor sein, zum Beispiel ein Permanentmagnet-Synchronmotor und ein Permanentmagnet-BLDC-Motor. Der Motor gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ist bevorzugt ein einphasiger Permanentmagnet-Wechselstrommotor, zum Beispiel ein einphasiger Permanentmagnet-Synchronmotor und ein einphasiger Permanentmagnet-BLDC-Motor. Wenn der Motor ein Permanentmagnet-Synchronmotor ist, ist die externe Wechselstromversorgung eine Netzversorgung. Wenn der Motor ein Permanentmagnet-BLDC-Motor ist, ist die externe Wechselstromversorgung eine Wechselstromversorgung, die von einem Inverter ausgegeben wird.
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Die Motorantriebsschaltung kann in eine integrierte Schaltung integriert und gepackt sein. Zum Beispiel kann die Motorantriebsschaltung als anwendungsspezifische Einchip-Schaltung (ASIC) ausgeführt sein, wodurch die Kosten der Schaltung verringert und ihre Zuverlässigkeit verbessert wird. In weiteren Ausführungsformen können der Gleichrichter 28, die Erfassungsschaltung 20, die Drehrichtungssteuerschaltung 60 und die Schaltersteuerschaltung 30 insgesamt oder zum Teil in die integrierte Schaltung integriert sein. Es sind zum Beispiel nur die Drehrichtungssteuerschaltung 60, die Erfassungsschaltung 20 und die Steuerschaltung 30 in die integrierte Schaltung integriert, während der Gleichrichter 28, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 und der Widerstand R0, der als Spannungsreduziereinheit dient, außerhalb der integrierten Schaltung angeordnet sind.
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Ferner wird eine integrierte Schaltung zum Treiben eines Motors gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bereitgestellt. Die integrierte Schaltung hat ein Gehäuse, mehrere Pins, die sich von dem Gehäuse erstrecken, und ein Halbleitersubstrat. Die Erfassungsschaltung 20, die Schaltersteuerschaltung 30 und die Drehrichtungssteuerschaltung 60 sind auf dem Halbleitersubtrat integriert, und das Halbleitersubstrat ist in dem Gehäuse verpackt. In weiteren Ausführungsformen können der Gleichrichter 28 und/oder der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 ferner auf dem Halbleitersubstrat integriert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann in dem Gehäuse ein zweites Halbleitersubstrat vorgesehen sein, und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 ist auf dem zweiten Halbleitersubstrat angeordnet.
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Zum Beispiel kann die gesamte Motorantriebsschaltung abhängig von den konstruktiven Anforderungen als diskretes Bauelement auf einer Leiterplatte angeordnet sein.
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Es wird auf die 13 und 14 Bezug genommen. Die Motorantriebsschaltung ist auf einer Leiterplatte 100 angeordnet. Der Gleichrichter 28, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 und die Schaltersteuerschaltung 30, die mit dem Hall-Sensor 22 (nicht gezeigt) verbunden ist, sind auf der Leiterplatte 100 angeordnet. Eine Stromversorgungsbuchse 101, eine Erdungsbuchse 103 und eine Hall-Ausgangsanschlussbuchse 102 zum Installieren des Hall-Sensors 22 sind auf der Leiterplatte 100 angeordnet. Wenn während des Herstellungsprozesses des Motors die Verschaltung der Leiterplatte 100 bereits erfolgt ist und die Drehrichtungssteuerschaltungen 60 und 70 zum Steuern der Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Motors nicht auf der Leiterplatte 100 angeordnet sind, kann der Motor für eine Drehung in Gegenuhrzeigerrichtung gesteuert werden (bezugnehmend auf 10), wenn der Hall-Sensor 22 auf folgende Weise normal auf der Leiterplatte 100 installiert und angeordnet wird: der Stromversorgungsanschluss VCC wird in die Stromversorgungsbuchse 101 gesteckt, um eine Hochspannung zu empfangen, und der Erdungsanschluss GND wird in die Erdungsbuchse 103 gesteckt, um eine Niedrigspannung zu empfangen. Wenn der Motor wegen produktions- und herstellungstechnischer Anforderungen in Uhrzeigerrichtung drehen muss, kann der Hall-Sensor 22 umgekehrt auf der Leiterplatte 100 gesteckt werden, d. h. der Stromversorgungsanschluss VCC des Hall-Sensors wird in die Erdungsbuchse 103 gesteckt, der Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors wird in die Stromversorgungsbuchse 101 gesteckt, und der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 wird in die Hall-Ausgangsanschlussbuchse 102 gesteckt. Auf diese Weise wird eine Richtung eines durch den Hall-Sensor 2 fließenden Stroms umgekehrt. Der Motor kann sich unter Zusammenwirkung mit der Steuerung der Schaltersteuerschaltung 30 in Uhrzeigerrichtung drehen.
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Zwar kann sich der Motor nach dem Einbau und der Anordnung des Hall-Sensors 22 auf der Leiterplatte 100 nur in einer Richtung drehen, doch kann der Motor entsprechend den Produktions- und Herstellungsanforderungen während des Herstellungsprozesses für eine Drehung in der umgekehrten Richtung gesteuert werden, ohne dass hierfür die Verschaltung umgestaltet werden muss. Die Vielseitigkeit eines Produkts wird auf diese Weise verbessert.
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Bei der Motortreiberschaltung gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuern die Drehrichtungssteuerschaltungen 60 und 70 eine Richtung eines durch den Stromversorgungsanschluss VCC und den Erdungsanschluss GND des Hall-Sensors 22 fließenden Stroms basierend auf der Magnetpolposition des Läufers 11, und die Schaltersteuerschaltung steuert die Vorwärts- oder Rückwärtsdrehung des Motors basierend auf dem empfangenen Erfassungssignal in Verbindung mit der Polarität der Wechselstromversorgung. Wenn die Magnetpolposition des Läufers 11 dem N-Pol entspricht und wenn das Erfassungssignal, das bei einer normalen Erregung des Hall-Sensors ausgegeben wird und von der Schaltersteuerschaltung 30 empfangen wird, ein logisches Signal mit hohem Pegel ist, fließt der Strom in der positiven Halbperiode der Wechselstromversorgung durch die Ständerwicklung, und der Motor dreht sich in Gegenuhrzeigerrichtung. Wenn der Motor für eine Vorwärtsdrehung vorgesteuert ist und die Magnetpolposition des Läufers ein N-Pol ist, steuert die Schaltersteuerschaltung 30 einen Strom in der negativen Halbperiode der Wechselstromversorgung derart, dass der Strom durch die Ständerwicklung 16 fließt. Auf diese Weise dreht sich der Läufer 11 in der Uhrzeigerrichtung.
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Wenn Antriebsmotoren für verschiedene Anwendungen bereitgestellt werden müssen, die entgegengesetzte Drehrichtungen erfordern, genügt es, wenn der Logikpegel des Signals der eingestellten Drehrichtung geändert wird. Eine weitere Änderung an der Treiberschaltung ist nicht notwendig. Die Motortreiberschaltung ist einfach aufgebaut und äußerst vielseitig.
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Die Schalter 61, 62, 71 und 72 können auch mechanische Schalter oder elektronische Schalter sein. Die mechanischen Schalter umfassen ein Relais, einen einpoligen zweistufigen Umschalter und einen einpoligen einstufigen Umschalter. Die elektronischen Schalter umfassen ein Halbleiterrelais, einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, einen siliziumgesteuerten Gleichrichter, einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate, einen Bipolartransistor, ein Halbleiter-Thyratron und einen Optokoppler etc.
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Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des Rahmens der Erfindung Änderungen, äquivalente Substitutionen und Verbesserungen möglich.
