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Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung betrifft das Gebiet der Magnetfelderfassung, und insbesondere auf eine Magnetsensor-Integrierte-Schaltung.
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Hintergrund
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Magnetsensoren sind in der modernen Industrie und in elektronischen Produkten zur Messung von physikalischen Parametern wie beispielsweise Strom, Position und Richtung durch Messen der magnetischen Feldstärke weit verbreitet. Die Motorindustrie ist ein wichtiger Anwendungsbereich des Magnetsensors. Der Magnetsensor wird verwendet, um eine Polaritätsposition eines Läufers in einem elektrischen Motor wahrzunehmen.
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Gemäß der herkömmlichen Technologie kann der Magnetsensor im Allgemeinen nur ein Ergebnis einer Magnetfelderfassung ausgeben und in der Praxis wird zusätzlich eine externe Schaltung benötigt, um das Magnetfelderfassungsergebnis zu verarbeiten, also sind die allgemeinen Kosten für die Schaltung hoch und die Zuverlässigkeit ist schlecht.
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Kurze Darstellung
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Bei einem Aspekt gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung wird eine Magnetsensor-Integrierte-Schaltung zur Steuerung eines Motors geschaffen, welche ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Halbleitersubstrat, eine auf dem Halbleitersubstrat angeordnete elektronische Schaltung und Eingangsanschlüsse und Ausgangsanschlüsse, welche sich aus dem Gehäuse erstrecken, aufweist. Die elektronische Schaltung weist eine Magnetfelderfassungsschaltung, die zum Erfassen eines Magnetfeldes eines Läufers des Motors und zum Ausgeben von Magnetfelderfassungsinformation ausgebildet ist; und eine Ausgangssteuerschaltung, die einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfasst, wobei der erste Schalter und der Ausgangsanschluss in einem ersten Strompfad geschaltet sind, der zweite Schalter und der Ausgangsanschluss in einem zweiten Strompfad geschaltet sind, der eine Richtung entgegen der des ersten Strompfades aufweist, und der erste Schalter und der zweite Schalter wahlweise eingeschaltet sind basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation, um einen Erregungsmodus des Motors zu steuern.
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Vorzugsweise kann die Ausgabesteuerschaltung eine Gegentakt-Ausgabeschaltung umfassen, der erste Schalter und der zweite Schalter können ein Paar komplementärer Halbleiterschalter sein, eine Stromeingangsklemme des ersten Schalters kann mit einer hohen Spannung verbunden sein, eine Stromausgangsklemme des zweiten Schalters kann mit einer niedrigen Spannung verbunden sein, Steuerklemmen des ersten Schalters und des zweiten Schalters können jeweils mit einer Ausgangsklemme der Magnetfelderfassungsschaltung verbunden sein, und eine gemeinsame Klemme des ersten Schalters und des zweiten Schalters kann mit dem Ausgangsanschluss verbunden sein.
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Vorzugsweise kann die Magnetfelderfassungsschaltung durch eine erste Stromversorgung gespeist sein, und die Ausgabesteuerschaltung kann durch eine zweite Stromversorgung, welche unterschiedlich zu der ersten Stromversorgung ist, gespeist sein.
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Vorzugsweise kann ein Durchschnitt der Ausgabespannung der ersten Stromversorgung kleiner sein als der einer Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgung.
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Vorzugsweise können die Eingangsanschlüsse einen Eingangsanschluss aufweisen, der zum Anschließen einer externen Wechselstromversorgung an die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung ausgebildet ist, und die Ausgabesteuerschaltung kann ausgebildet sein, basierend auf einer Polarität der Wechselstromversorgung und der Magnetfelderfassungsinformation, die Integrierte-Schaltung zwischen einem ersten Zustand, in dem der erste Strompfad eingeschaltet ist, und einem zweiten Zustand umzuschalten, in dem der zweite Strompfad eingeschaltet ist.
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Wahlweise kann die Ausgabesteuerschaltung ausgebildet sein, die Integrierte-Schaltung, wenigstens basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation, zu steuern, dass diese unmittelbar zwischen einem ersten Zustand, in dem der erste Strompfad eingeschaltet ist, und einem zweiten Zustand umschaltet, in dem der zweite Strompfad eingeschaltet ist.
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Wahlweise kann die Ausgabesteuerschaltung ausgebildet sein, die Integrierte-Schaltung, wenigstens basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation, zu steuern, dass diese unmittelbar entweder in einen ersten Zustand, in dem der erste Strompfad eingeschaltet ist, oder in einen zweiten Zustand schaltet, in dem der zweite Strompfad eingeschaltet ist, nachdem der andere Zustand für einen Zeitraum geendet hat.
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Vorzugsweise kann die Ausgabesteuerschaltung ausgebildet sein, zu steuern, dass ein Laststrom durch den Ausgangsanschluss durchfließt, falls die Wechselstromversorgung sich in einer positiven Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers eine erste Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung sich in einer negativen Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers eine zweite Polarität ist, die entgegen der ersten Polarität ist, oder zu steuern, dass kein Laststrom durch den Ausgangsanschluss durchfließt, falls die Wechselstromversorgung sich in einer positiven Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers eine zweite Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung sich in einer negativen Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers eine erste Polarität ist, die entgegen der zweiten Polarität ist.
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Wahlweise kann die Ausgabesteuerschaltung ausgebildet sein, zu steuern, dass ständig ein Strom durch den Ausgabeanschluss durchfließt, falls die Wechselstromversorgung sich in einer positiven Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers die erste Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung sich in einer negativen Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers die zweite Polarität ist.
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Wahlweise kann die Ausgabesteuerschaltung ausgebildet sein, zu steuern, dass für einen Teil der Zeit ein Strom durch den Ausgabeanschluss durchfließt, falls die Wechselstromversorgung sich in einer positiven Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers die erste Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung sich in einer negativen Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers die zweite Polarität ist.
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Wahlweise kann die Magnetfelderfassungsschaltung durch eine gleiche Gleichstromversorgung wie die Ausgabesteuerschaltung gespeist sein.
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Bei einem weiteren Aspekt wird eine Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung geschaffen, die einen Motor und eine Motortreiberschaltung umfasst, die den oben beschrieben Magnetsensor aufweist.
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Vorzugsweise kann die Motortreiberschaltung ferner einen Bidirektionalschalter umfassen, der über die externe Wechselstromversorgung in Reihe mit dem Motor geschaltet ist, und der Ausgangsanschluss der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung kann mit einer Steuerklemme des Bidirektionalschalters verbunden sein.
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Vorzugsweise kann der Motor einen Ständer und einen Permanentmagnetläufer aufweisen, und der Ständer kann einen Ständerkern und eine um den Ständerkern gewickelte Einphasen-Wicklung aufweisen.
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Vorzugsweise kann der Motor ein Einphasen-Permanentmagnetsynchronmotor sein, wobei der Läufer wenigstens einen Permanentmagnet aufweisen kann, wobei ein ungleichmäßiger Magnetpfad zwischen dem Ständer und dem Läufer gebildet sein kann, so dass ein Neigungswinkel zwischen einer Polachse des Permanentmagnetläufers und einer Zentralachse des Ständers existieren kann, wenn der Permanentmagnetläufer ruht, und der Läufer mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit von 60 f/p U/min in einer Stationärzustandsphase arbeiten kann, nachdem die Wicklung des Ständers eingeschaltet wurde, wobei f eine Frequenz der Wechselstromversorgung ist und p die Anzahl der Polpaare des Läufers ist.
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Vorzugsweise kann die Motoranordnung weiter einen Spannungsabfaller aufweisen, der zum Verringern einer Spannung der Wechselstromversorgung und zum Bereitstellen der verringerten Spannung an die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung ausgebildet ist.
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Vorzugsweise kann die Ausgabesteuerschaltung der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung ausgebildet sein, den Bidirektionalschalter einzuschalten, falls die Wechselstromversorgung (70, 100) sich in einer positiven Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers eine erste Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung sich in einer negativen Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers eine zweite Polarität ist, die entgegen der ersten Polarität ist, und den Bidirektionalschalter auszuschalten, falls die Wechselstromversorgung sich in einer negativen Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers die erste Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung sich in einer positiven Halbwelle befindet und eine Magnetfeldpolarität des Läufers die zweite Polarität ist, die entgegen der ersten Polarität ist.
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Vorzugsweise kann die Ausgabesteuerschaltung ausgebildet sein, zu steuern, dass ein Strom von dem Ausgangsanschluss zu dem Bidirektionalschalter fließt, falls ein von der Wechselstromversorgung ausgegebenes Signal sich in einer positiven Halbwelle befindet und das Magnetfeld des Läufers die erste Polarität hat, und zu steuern, dass ein Strom von dem Bidirektionalschalter zu dem Ausgangsanschluss fließt, falls das von der Wechselstromversorgung ausgegebene Signal sich in einer negativen Halbwelle befindet und das Magnetfeld des Läufers die zweite Polarität hat.
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Mit der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung werden die Funktionen von vorhandenen Magnetsensoren erweitert. Die Gesamtkosten werden verringert und die Schaltungszuverlässigkeit wird verbessert.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Die Zeichnungen, welche in der Beschreibung der Ausführungsformen der Offenbarung oder der konventionellen Technologie verwendet werden, werden im Folgenden kurz beschrieben, damit die technischen Lösungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung oder gemäß der konventionellen Technologie deutlicher werden. Es ist ersichtlich, dass in den folgenden Zeichnungen lediglich einige Ausführungsformen dargestellt sind. Der Fachmann wird erkennen, dass auf der Basis dieser Zeichnungen weitere Zeichnungen ohne kreatives Zutun erstellt werden können.
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1 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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2 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer elektronischen Schaltung in einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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3 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Ausgangssteuerschaltung in einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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3A zeigt eine spezifische Implementierung der Ausgabesteuerschaltung in 3;
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4 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Ausgangssteuerschaltung in einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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5 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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6 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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7 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Gleichrichterschaltung in einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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8 ist ein schematisches Strukturdiagramm einer Magnetfelderfassungsschaltung in einer Magnetsensor-Integrierten-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung;
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9 ist ein Moduldiagramm einer Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung; und
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10 ist ein schematisches Strukturdiagramm eines Motors in einer Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
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Detaillierte Beschreibung
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Die technischen Lösungen gemäß Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung sind nachfolgend klar und vollständig in Verbindung mit den Zeichnungen gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung beschrieben. Es ist ersichtlich, dass die beschriebenen Ausführungsformen nur wenige statt aller Ausführungsformen der Erfindung sind. Alle anderen Ausführungsformen, die basierend auf den Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Offenbarung ohne kreative Anstrengungen durch Fachleute erhalten werden können, fallen innerhalb des Bereichs der vorliegenden Offenbarung.
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In den folgenden Beschreibungen werden spezielle Details für volles Verständnis der vorliegenden Offenbarung dargelegt, aber die vorliegende Offenbarung kann auf andere Weise, unterschiedlich zu den hier beschriebenen Weisen, implementiert werden. Ähnliche Erweiterungen können durch Fachleute durchgeführt werden, ohne dass der Grundgedanke der vorliegenden Offenbarung verlassen wird, und daher ist die Offenbarung nicht auf bestimmte Ausführungsformen, welche nachfolgend offengelegt werden, beschränkt.
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Nachfolgend wird eine Magnetsensor-Integrierte-Schaltung gemäß Ausführungsformen der Offenbarung durch Verwendung des Beispiels einer auf einen Motor angewendeten Magnetsensor-Integrierten-Schaltung dargestellt.
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Wie in 1 gezeigt, wird eine Magnetsensor-Integrierte-Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung geschaffen, welche ein Gehäuse 2, ein in dem Gehäuse angeordnetes Halbleitersubstrat (nicht in 1 gezeigt), eine elektronische Schaltung, welche auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist und Eingangsanschlüsse A1 und A2 und einen Ausgangsanschluss Pout aufweist, welche sich aus dem Gehäuse erstrecken. Die elektronische Schaltung umfasst:
eine Magnetfelderfassungseinheit 20, welche ausgebildet ist, ein Magnetfeld eines Läufers des Motors zu erfassen und eine Magnetfelderfassungsinformation auszugeben; und
eine Ausgabesteuerschaltung 30, welche einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweist, wobei der erste Schalter und der Ausgangsanschluss in einem ersten Strompfad geschaltet sind, der zweite Schalter und der Ausgangsanschluss in einem zweiten Strompfad geschaltet sind, welcher eine Richtung entgegengesetzt zu der des ersten Strompfads hat, und wobei der erste Schalter und der zweite Schalter wahlweise basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation eingeschaltet werden können, um einen Erregungsmodus des Motors zu steuern. Bei der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung haben der erste Strompfad und der zweite Strompfad vollständig identische Verläufe, die darauf nicht beschränkt sind, wobei sie unterschiedliche Verläufe haben können, solange Ströme mit unterschiedlichen Richtungen durch den Ausgabeanschluss fließen.
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Bei einer Ausführungsform der Offenbarung, wie in 2 gezeigt, ist die Magnetfelderfassungsschaltung 20 durch eine erste Stromversorgung 40 gespeist, und die Ausgangssteuerschaltung 30 ist durch eine zweite Stromversorgung 50 gespeist, welche unterschiedlich zu der ersten Stromversorgung 40 ist. Vorzugsweise kann die erste Stromversorgung 40 eine Gleichstromversorgung mit einer konstanten Amplitude und die zweite Stromversorgung 50 kann eine Gleichstromversorgung mit einer variablen Amplitude oder eine Gleichstromversorgung mit einer konstanten Amplitude sein. Ein Durchschnitt einer Ausgabespannung der ersten Stromversorgung 40 ist kleiner als eine Ausgabespannung der zweiten Stromversorgung 50. Durch die Versorgung der Magnetfelderfassungsschaltung 20 mit einem Niedrigleistungsnetzteil ist der Leistungsverbrauch der integrierten Schaltung reduziert und durch die Versorgung der Ausgabesteuerschaltung 30 mit einem Hochleistungsnetzteil wird der Ausgabeanschluss gesteuert, einen hohen Laststrom zur Verfügung zu stellen, um zu garantieren, dass die integrierte Schaltung genügend Treibfähigkeit hat. Es ist ersichtlich, dass die Magnetfelderfassungsschaltung 20 bei weiteren Ausführungsformen durch ein gleiches Gleichstromnetzteil wie die Ausgabesteuerschaltung 30 gespeist werden kann.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in 3 gezeigt, weist die Ausgabesteuerschaltung eine Gegentakt-Ausgabeschaltung auf, und der erste Schalter 31 und der zweite Schalter 32 sind ein Paar komplementärer Halbleiterschalter. Eine Stromeingangsklemme des ersten Schalters ist mit einer hohen Spannung verbunden, und eine Stromausgangsklemme des zweiten Schalters 32 ist mit einer niedrigen Spannung verbunden. Steuerklemmen des ersten Schalters 31 und des zweiten Schalters 32 sind jeweils mit einer Ausgangsklemme der Magnetfelderfassungsschaltung verbunden, und eine gemeinsame Klemme des ersten Schalters und des zweiten Schalters ist mit dem Ausgangsanschluss Pout verbunden.
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Bei dem in 3A gezeigten Beispielfall sind der erste Schalter 31 und der zweite Schalter 32 ein Paar komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET). Der erste Schalter 31 ist ein P-Typ MOSFET, welcher bei einer niedrigen Stufe eingeschaltet ist, und der zweite Schalter 32 ist ein N-Typ MOSFET, welcher bei einer hohen Stufe eingeschaltet ist. Der erste Schalter 31 und der Ausgangsanschluss Pout sind in den ersten Strompfad geschaltet. Der zweite Schalter 32 und der Ausgabeanschluss Pout sind in dem zweiten Strompfad geschaltet. Die Steuerklemmen des ersten Schalters 31 und des zweiten Schalters 32 sind beide mit der Magnetfelderfassungsschaltung 20 verbunden. Die Stromeingangsklemme des ersten Schalters 31 ist mit einer hohen Spannung verbunden (beispielsweise der zweiten Stromversorgung). Die Stromausgangsklemme des ersten Schalters 31 ist mit der Stromeingangsklemme des zweiten Schalters 32 verbunden. Die Stromausgangsklemme des zweiten Schalters 32 ist mit einer niedrigen Spannung verbunden (beispielsweise der Erdung). Falls die Magnetfelderfassungsinformation, welche von der Magnetfelderfassungsschaltung 20 ausgegeben wird, eine niedrige Stufe ist, ist der erste Schalter 31 eingeschaltet und der zweite Schalter 32 ist ausgeschaltet, so dass ein Laststrom nach außerhalb der integrierten Schaltung durch den ersten Schalter 31 und den Ausgabeanschluss Pout fließt. Falls die Magnetfelderfassungsinformation, welche von der Magnetfelderfassungsschaltung ausgegeben wird, eine hohe Stufe ist, ist der zweite Schalter 32 eingeschaltet und der erste Schalter 31 ist ausgeschaltet, so dass der Laststrom von außerhalb der integrierten Schaltung zu dem Ausgabeanschluss Pout durch den zweiten Schalter 32 fließt.
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Es ist ersichtlich, dass der erste Schalter und der zweite Schalter auch andere Arten von Halbleiterschaltern bei weiteren Ausführungsformen sein können, wie beispielsweise Sperrschicht-Feldeffekt-Transistoren (JEFT) oder Metall-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MESFET).
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Bei anderen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung ist, wie in 4 dargestellt, der erste Schalter 31 ein Schaltertransistor, welcher bei einer hohen Stufe eingeschaltet ist, der zweite Schalter 32 ist eine unidirektionale Diode und die Steuerklemme des ersten Schalters 31 und eine Kathode des zweiten Schalters 32 sind mit der Magnetfelderfassungsschaltung 20 verbunden. Die Stromeingangsklemme des ersten Schalters 31 ist mit der zweiten Stromversorgung 50 verbunden und die Stromausgangsklemme des ersten Schalters 31 und eine Anode des zweiten Schalters 32 sind jeweils mit dem Ausgangsanschluss Pout verbunden. Der erste Schalter 31 und der Ausgangsanschluss Pout sind in den ersten Strompfad geschaltet und der Ausgangsanschluss Pout, der zweite Schalter 32 und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 sind in den zweiten Strompfad geschaltet. Falls die Magnetfelderfassungsinformation, welche von der Magnetfelderfassungsschaltung 20 ausgegeben wird, eine hohe Stufe ist, ist der erste Schalter 31 eingeschaltet und der zweite Schalter 32 ist ausgeschaltet, so dass ein Laststrom von der zweiten Stromversorgung 50 durch den ersten Schalter 31 und den Ausgabeanschluss Pout nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt. Falls die Magnetfelderfassungsinformation, welche von der Magnetfelderfassungsschaltung 20 ausgegeben wird, eine niedrige Stufe ist, ist der zweite Schalter 32 eingeschaltet und der erste Schalter 31 ist ausgeschaltet, so dass der Laststrom von außerhalb der integrierten Schaltung durch den zweiten Schalter 32 zu dem Ausgangsanschluss Pout fließt. Es ist ersichtlich, dass der erste Schalter 31 und der zweite Schalter 32, je nach Umständen, bei weiteren Ausführungsformen von weiteren Strukturen sein können, was in vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt ist.
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Bei einer Ausführungsform der Offenbarung weisen die Eingangsanschlüsse einen Eingangsanschluss auf, welcher ausgebildet ist, eine externe Wechselstromversorgung mit der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung zu verbinden. Die Ausgabesteuerschaltung 30 ist ausgebildet, basierend auf einer Polarität der externen Wechselstromversorgung und der Magnetfelderfassungsinformation die integrierte Schaltung zu steuern, dass diese zwischen einem ersten Zustand, bei welchem der erste Strompfad eingeschaltet ist, und einem zweiten Zustand zu schalten, bei welchem der zweite Strompfad eingeschaltet ist.
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Es sollte beachtet werden, dass das Schalten der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand nicht auf den Fall beschränkt ist, dass die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung zu einem Zustand schaltet, sobald der andere Zustand endet, sondern ferner einen Fall aufweist, bei welchem die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung für einen Zeitraum wartet, um von einem Zustand zu schalten, nachdem der andere Zustand endet. Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist innerhalb des Zeitraums während des Schaltens zwischen den zwei Zuständen keine Ausgabe in dem Ausgangsanschluss der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung vorhanden.
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Des Weiteren ist die Ausgabesteuerschaltung 30 ausgebildet, einen Laststrom zu steuern, welcher durch den Ausgabeanschluss fließt, falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers, welches durch die Magnetfelderfassungsschaltung erfasst wird, eine erste Polarität ist oder falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers, welches durch die Magnetfelderfassungsschaltung erfasst wird, eine zweite Polarität entgegengesetzt zu der ersten Polarität ist, und zu steuern, dass kein Laststrom durch den Ausgabeanschluss fließt, falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers eine zweite Polarität ist, oder falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das Magnetfeld des Läufers eine erste Polarität entgegengesetzt der zweiten Polarität ist. Es sollte beachtet werden, falls die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbwelle ist und ein externes Magnetfeld die erste Polarität ist oder falls die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbwelle ist und das externe Magnetfeld die zweite Polarität ist, ein Laststrom durch den Ausgabeanschluss in den beiden der oben beschriebenen zwei Fällen permanent fließen kann oder nur für einen Teil der Zeit in einem der beiden obigen Fälle.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung können die Eingangsanschlüsse einen Eingangsanschluss und einen zweiten Eingangsanschluss aufweisen, um eine externe Wechselstromversorgung mit der integrierten Schaltung zu verbinden. Die integrierte Schaltung kann weiter eine Gleichrichterschaltung 60 aufweisen, welche ausgebildet ist, einen Wechselstrom, welcher von der externen Wechselstromversorgung 70 ausgegeben wird, in einen Gleichstrom umzuwandeln. Bei der vorliegenden Offenbarung weist das Verbinden der Eingangsanschlüsse und der externen Stromversorgung einen Fall auf, bei welchem die Eingangsanschlüsse direkt über die externe Stromversorgung angeschlossen sind, sowie einen Fall, bei dem die Eingangsanschlüsse und eine externe Last in Reihe über die externe Stromversorgung verbunden sind, was von den Situationen abhängt, was in der vorliegenden Offenbarung nicht beschränkt wird.
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Vorzugsweise weist die integrierte Schaltung weiter, wie in 5 gezeigt, eine Spannungsanpassschaltung 80 auf, welche zwischen der Gleichrichterschaltung 60 und der Magnetfelderfassungsschaltung 20 angeordnet ist. Bei der Ausführungsform kann die Gleichrichterschaltung 60 als zweite Spannungsversorgung 50 fungieren, und die Spannungsanpassschaltung 80 kann als die erste Spannungsversorgung 40 fungieren. Die Spannungsanpassschaltung 80 ist ausgebildet, eine Gleichspannung, welche von der Gleichrichterschaltung 60 ausgegeben wird, in eine Gleichspannung mit niedriger Spannung zu regeln. Die Ausgabesteuerschaltung 30 kann durch eine Ausgangsspannung der Gleichrichterschaltung 60 gespeist werden, und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 kann durch eine Ausgangsspannung der Spannungsanpassschaltung 80 gespeist werden.
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Bei einer spezifischen Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung, wie in 6 gezeigt, weist die Gleichrichterschaltung 60 einen Vollwegbrückengleichrichter 61 und eine Spannungsstabilisierungseinheit 62 auf. Der Vollwegbrückengleichrichter 61 ist ausgebildet, eine Wechselspannung, welche von der Wechselstromversorgung 70 ausgegeben wird, in einen Gleichstrom umzuwandeln, und die Spannungsstabilisierungseinheit 62 ist ausgebildet, eine Spannung der Gleichstromelektrizität, welche von dem Vollwegbrückengleichrichter 61 ausgegeben wird, innerhalb eines vorab bestimmten Bereichs zu stabilisieren.
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7 zeigt eine spezifische Ausführungsform der Gleichrichterschaltung 60. Die Spannungsstabilisierungseinheit 62 umfasst eine Spannungsstabilisierungsdiode 621 auf, welche zwischen zwei Ausgangsklemmen des Vollwegbrückengleichrichters 61 geschaltet ist, und der Vollwegbrückengleichrichter 61 weist eine erste Diode 611 und eine zweite Diode 612 auf, welche in Serie geschaltet sind, sowie eine dritte Diode 613 und eine vierte Diode 614, welche in Serie geschaltet sind. Eine gemeinsame Klemme der ersten Diode 611 und der zweiten Diode 612 sind elektrisch mit dem ersten Eingangsanschluss VAC+ verbunden und eine gemeinsame Klemme der dritten Diode 613 und der vierten Diode 614 ist mit dem zweiten Eingangsanschluss VAC– verbunden.
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Eine Eingangsklemme der ersten Diode 611 ist elektrisch mit einer Eingangsklemme der dritten Diode 613 verbunden, um eine Erdungsausgangsklemme des Vollwegbrückengleichrichters zu bilden, eine Ausgangsklemme der zweiten Diode 612 ist elektrisch mit einer Ausgangsklemme der vierten Diode 614 verbunden, um eine Spannungsausgangsklemme VDD des Vollwegbrückengleichrichters zu bilden, und die Spannungsstabilisierungsdiode 621 ist zwischen der gemeinsamen Klemme der zweiten Diode 612 und der vierten Diode 614 und der gemeinsamen Klemme der ersten Diode 611 und der dritten Diode 613 verbunden. Bei der Ausführungsform der Offenbarung kann eine Stromversorgungsklemme der Ausgangssteuerschaltung 30 elektrisch mit der Spannungsausgangsklemme des Vollwegbrückengleichrichters 61 verbunden sein.
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Bei einer Ausführungsform der Offenbarung, wie in 8 gezeigt, weist die Magnetfelderfassungsschaltung 20 auf: ein Magnetfelderfassungselement 21, das ausgebildet ist, ein externes Magnetfeld zu erfassen und dieses in ein elektrisches Signal umzuwandeln; eine Signalverarbeitungseinheit 22, welche ausgebildet ist, das elektrische Signal zu verstärken und zu entschlüsseln; und eine Analog-Digital-Wandler-Einheit 23, welche ausgebildet ist, das verstärkte und entschlüsselte elektrische Signal in die Magnetfelderfassungsinformation umzuwandeln. Für eine Anwendung, welche nur die Erkennung einer Polarität des externen Magnetfelds erfordert, kann die Magnetfelderfassungsinformation ein Schaltertyp-Digital-Signal sein. Vorzugsweise kann das Magnetfelderfassungselement 21 eine Hall-Platte sein.
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Die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung ist in Verbindung mit einer spezifischen Anwendung beschrieben.
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Wie in 9 gezeigt, ist eine Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Offenbarung vorgesehen, welche umfasst: einen Motor 200, welcher von einer Wechselstromversorgung 100 gespeist wird, einen bidirektionalen Schalter 300, welcher in Reihe mit dem Motor 200 geschaltet ist, und die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung gemäß einer der obigen Ausführungsformen der Offenbarung. Der Ausgangsanschluss der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung 400 ist mit einer Steuerklemme des bidirektionalen Schalters 300 verbunden. Vorzugsweise kann der bidirektionale Schalter 300 ein Trioden-Wechselstrom-Halbleiterschalter (TRIAC) sein. Es ist ersichtlich, dass der bidirektionale Schalter auch mit weiteren passenden Schaltern verwirklicht werden kann, welche beispielsweise zwei Siliciumgesteuerte Gleichrichter, welche gegenparallel geschaltet sind, und eine Steuerschaltung ist ausgebildet, die zwei Silicium-gesteuerten Gleichrichter in einer vorab bestimmten Weise, basierend auf dem Ausgangssignal des Ausgangsanschlusses der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung umfassen.
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Vorzugsweise weist die Motorvorrichtung weiter eine Spannungsabfallschaltung 500 auf, welche ausgebildet ist, eine Ausgangsspannung der Wechselstromversorgung 100 zu reduzieren und der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung 400 zur Verfügung zu stellen. Die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung 400 ist nahe dem Läufer des Motors 200 angeordnet, um Veränderungen in einem Magnetfeld des Läufers wahrzunehmen.
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Auf Basis der oben beschriebenen Ausführungsform ist in einer speziellen Ausführungsform der Offenbarung der Motor ein Synchronmotor. Es ist ersichtlich, dass die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung sowohl für einen Synchronmotor verwendet werden kann, als auch bei anderen Typen von Permanentmagnetmotoren, wie beispielsweise einem bürstenlosen Gleichstrommotor. Wie 11 zeigt, weist der Synchronmotor einen Ständer und einen relativ zu dem Ständer drehbaren Läufer 11 auf. Der Ständer weist einen Ständerkern 12 und eine Ständerwicklung 16 auf, welche um den Ständerkern 12 gewickelt ist. Der Ständerkern 12 kann aus weichmagnetischen Werkstoffen hergestellt sein, wie beispielsweise aus reinem Eisen, Gusseisen, Gussstahl, Elektrostahl, Siliziumstahl. Der Läufer 11 weist einen Permanentmagnet auf, der Läufer 11 arbeitet bei einer konstanten Drehgeschwindigkeit von 60 f/p U/min während einer Stationärzustandsphase, falls die Ständerwicklung 16 mit einer Wechselstromversorgung in Reihe geschaltet ist, wobei f eine Frequenz der Wechselstromversorgung und p die Anzahl der Polpaare des Läufers angibt. Bei der Ausführungsform weist der Ständerkern 12 zwei gegensätzliche Pole 14 auf. Jeder der Pole 14 hat einen Polbogen 15, eine Außenfläche des Läufers 11 liegt dem Polbogen 15 gegenüber, und zwischen der Außenfläche des Läufers 11 und dem Polbogen 15 ist ein im Wesentlichen gleichmäßiger Luftspalt 13 gebildet. Der Begriff „im Wesentlichen gleichmäßiger Luftspalt” bedeutet in der vorliegenden Offenbarung, dass in dem Großteil des Raums zwischen dem Ständer und dem Läufer ein gleichmäßiger Luftspalt gebildet ist und dass ein ungleichmäßiger Luftspalt in einem kleinen Teil des Raums zwischen dem Ständer und dem Läufer gebildet ist. Vorzugsweise kann eine Startnut 17, die konkav ist, in dem Polbogen 15 des Pols des Ständers angeordnet sein, und außerhalb der Startnut 17 kann ein Teil des Polbogens 15 konzentrisch zu dem Läufer sein. Mit vorstehend beschriebener Ausbildung kann ein ungleichmäßiges Magnetfeld gebildet werden, eine Polachse S1 des Läufers einen Neigungswinkel relativ zu der zentralen Achse S2 des Pols des Ständers haben, wenn der Läufer ruht, und der Läufer kann immer dann, wenn der Motor unter der Wirkung der integrierten Schaltung mit Strom gespeist wird, über ein Startdrehmoment verfügen. Insbesondere bezieht sich der Begriff „Polachse S1 des Läufers” auf eine Grenze zwischen zwei Magnetpolen, die unterschiedliche Polarität aufweisen, und der Begriff „zentrale Achse S2 des Pols 14 des Ständers” bezieht sich auf eine Verbindungslinie, die durch zentrale Punkte der beiden Pole 14 des Ständers verläuft. In der Ausführungsform haben sowohl der Ständer als auch der Läufer zwei Magnetpole, wobei es ersichtlich ist, dass die Anzahl von Magnetpolen des Ständers nicht gleich der Anzahl von Magnetpolen des Läufers sein muss und dass der Ständer und der Läufer in anderen Ausführungsformen mehr Magnetpole aufweisen können, zum Beispiel 4 oder 6 Magnetpole. Es ist ersichtlich, dass alternativ eine andere Art eines uneinheitlichen Luftspalts zwischen dem Läufer und dem Ständer gebildet sein kann.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Offenbarung ist der Bidirektionalschalter 300 als ein Trioden-Wechselstrom-Halbleiterschalter (TRIAC) verwirklicht, die Gleichrichterschaltung 60 ist als eine in 7 gezeigte Schaltung verwirklicht und die Ausgabesteuerschaltung ist als eine in 3 gezeigte Schaltung verwirklicht. Eine Stromeingangsklemme des ersten Schalters 31 oder Ausgabesteuerschaltung 30 ist mit der Spannungsausgangsklemme des Vollwellenbrückengleichrichters 61 verbunden und eine Stromausgangsklemme des zweiten Schalters 32 ist mit der Erdungsausgangsklemme des Vollwellenbrückengleichrichters 61 verbunden. Falls ein von der Wechselstromversorgung 100 sich in einer positiven Halbwelle befindet und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 eine niedrige Stufe ausgibt, werden in der Ausgangssteuerschaltung 30 der erste Schalter 31 eingeschaltet und der zweite Schalter 32 wird ausgeschaltet, und ein Strom von dem Ausgangsanschluss durch die Wechselstromversorgung 100, den Motor 200, eine erste Eingangsklemme der integrierten Schaltung 400, eine Spannungsabfallschaltung (in 3 nicht gezeigt), eine Ausgangsklemme der zweiten Diode 612 des Vollwellenbrückengleichrichters 61, den ersten Schalter 31 der Ausgangssteuerschaltung 30 in der aufgelisteten Abfolge zu dem Bidirektionalschalter 300 und zurück zu der Wechselstromversorgung 100. Wenn der TRIAC 300 eingeschaltet ist, wird ein durch die Spannungsabfallschaltung 500 und die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung 400 gebildeter Reihenzweig kurzgeschlossen und die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung 400 stoppt ein Ausgeben, weil keine Versorgungsspannung anliegt, während der TRIAC 300 weiter eingeschaltet ist, falls keine Antriebsspannung zwischen der Steuerelektrode und einer ersten Anode davon anliegt, weil eine zwischen den beiden Anoden anliegende Spannung hoch genug ist (höher als ein Haltestrom davon). Falls das von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebene Signal sich in einer negativen Halbwelle befindet und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 eine hohe Stufe ausgibt, werden in der Ausgabesteuerschaltung 30 der erste Schalter 31 ausgeschaltet und der zweite Schalter 32 eingeschaltet, und der Strom fließt von der Wechselstromversorgung 100, von dem Bidirektionalschalter 300 zu dem Ausgangsanschluss, durch den zweiten Schalter 32 der Ausgabesteuerschaltung 30, der Erdungsanschlussklemme und die erste Diode 611 des Vollwellenbrückengleichrichters 61, die erste Eingangsklemme der integrierten Schaltung 400, den Motor 200 und zurück zu der Wechselstromversorgung 100. Ähnlich, wenn der TRIAC 300 eingeschaltet ist, stoppt die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung 400 mit Ausgeben, weil sie kurzgeschlossen ist, während der TRIAC 300 immer noch eingeschaltet ist. Falls ein von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebenes Signal sich in einer positiven Halbwelle und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 eine hohe Stufe ausgibt oder falls das von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebene Signal sich in einer negativen Halbwelle befindet und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 eine niedrige Stufe ausgibt, sind in der Ausgabesteuerschaltung 30 sowohl der erste Schalter 31 als auch der zweite Schalter 32 ausgeschaltet und der TRIAC 300 ist ausgeschaltet. Auf diese Weise kann die Ausgabesteuerschaltung 30 basierend auf einer Polarität der Wechselstromversorgung 100 und der Magnetfelderfassungsinformation die integrierte Schaltung steuern, dass diese den Bidirektionalschalter 300 steuert, zwischen einem Einschaltzustand und einem Ausschaltzustand in vorbestimmter weise umzuschalten und dann den Erregungsmodus der Ständerwicklung 16 zu steuern, so dass ein von dem Ständer erzeugtes variables Magnetfeld zu einer Position eines Magnetfeldes des Läufers und den Läufer zum Drehen in eine einzelne Richtung zu ziehen und dadurch es dem Läufer zu ermöglichen jedes Mal, wenn der Motor erregt wird, in eine festgelegte Richtung zu drehen.
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Bei einer Motoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform der Offenbarung, können der Motor und der Bidrektionalschalter über die Wechselstromversorgung in Reihe geschaltet sein und ein erster Reihenzweig, der durch den Motor und den Bidirektionalschalter gebildet ist, ist zu einem zweiten Reihenzweig parallelgeschaltet, der durch die Spannungsabfallschaltung und die Magnetsensor-Integrierte-Schaltung gebildet ist. Der Ausgangsanschluss der Magnetsensor-Integrierten-Schaltung ist mit dem Bidirektionalschalter verbunden, um den Bidirektionalschalter zu steuern, dass dieser zwischen dem Einschaltzustand und dem Ausschaltzustand in vorbestimmter Weise umschaltet und dadurch den Erregungsmodus der Ständerwicklung steuert.
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Das Motorbauteil gemäß den Ausführungsformen der Offenbarung kann bei einer Pumpe, einem Ventilator, einem Haushaltsgerät und einem Fahrzeug verwendet werden, ist darauf jedoch nicht beschränkt, wobei das Haushaltsgerät beispielweise eine Waschmaschine, ein Geschirrspüler, eine Dunstabzugshaube oder ein Entrauchungslüfter sein kann.
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Es sollte beachtet werden, dass der Anwendungsbereich der integrierten Schaltung gemäß der vorliegenden Offenbarung hierin nicht beschränkt ist, obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung durch Verwendung eines Beispiels erklärt werden, bei dem die integrierte Schaltung für einen Motor angewandt wird.
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Es sollte beachtet werden, dass die Teile in dieser Beschreibung fortschreitend erläutert wurden, wobei bei jedem Element die Unterschiede zu den anderen Elementen herausgestellt worden sind und wobei sich gleiche oder ähnliche Teile aufeinander beziehen können.
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Ebenso sollte beachtet werden, dass Beziehungsbegriffe wie „erster”, „zweiter” und dergleichen vorliegend lediglich verwendet wurden, um Einheiten oder Abläufe voneinander zu unterscheiden, ohne damit implizieren zu wollen, dass zwischen den Einheiten oder Abläufen eine tatsächliche Beziehung besteht. Ferner sind Begriffe wie „enthalten”, „umfassen” und weitere Varianten nicht-ausschließlich, weshalb ein Prozess, ein Verfahren, ein Gegenstand oder eine Vorrichtung, die eine Mehrzahl von Elementen umfassen, nicht nur die beschriebenen Elemente aufweisen, sondern auch andere oder weitere Elemente, die nicht ausdrücklich aufgezählt sind oder die inhärente Elemente des Prozesses, Verfahrens, Gegenstands oder der Vorrichtung sein können. Ohne eine explizite anderweitige Einschränkung ist der Begriff ”umfassend ein ...” in dem Sinne zu verstehen, dass außer den aufgezählten Elementen noch weitere Elemente in dem Prozess, Verfahren, Gegenstand oder in der Vorrichtung vorhanden sein können.
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Die Beschreibung der Ausführungsformen ermöglicht es dem Fachmann, die vorliegende Offenbarung umzusetzen oder zu nutzen. Der Fachmann wird erkennen, dass innerhalb des Rahmens der vorliegenden Erfindung zahlreiche Modifikationen möglich sind, so dass die Erfindung nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist, sondern dem größtmöglichen Schutzumfang entspricht, der mit den vorliegend beschriebenen Prinzipien und neuartigen Merkmalen vereinbar ist.
