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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 elektromagnetischen Induktion kann ein Motor elektrische Energie konvertieren oder übertragen. 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 wird eine Motortreiberschaltung zum Treiben eines Motors angegeben, die umfasst:
einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter, der zwischen zwei Anschlüssen einer Wechselstromversorgung mit einer Wicklung des Motors in Reihe geschaltet ist;
eine Erfassungsschaltung, die konfiguriert ist für die Erfassung einer Magnetpolposition eines Läufers und für die Ausgabe eines Magnetpolpositionssignals;
wobei ein Schaltzustand des bidirektionalen Wechselstromschalters gesteuert wird, um nach Maßgabe eines Steuersignals und einer Polarität der Wechselstromversorgung eine Drehrichtung des Motors zu bestimmen.
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Vorzugsweise ist ferner eine Drehrichtungssteuerschaltung vorgesehen, die konfiguriert ist für die selektive Ausgabe des Magnetpolpositionssignals, das von der Erfassungsschaltung ausgegeben wurde, oder eines durch Invertieren des Magnetpolpositionssignals erhaltenen invertierten Signals entsprechend der eingestellten Drehrichtung des Motors an die Schaltersteuerschaltung;
wobei die Schaltersteuerschaltung das Steuersignal gemäß dem von der Drehrichtungssteuerschaltung ausgegebenen Signal als Steuersignal ausgibt.
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Vorzugsweise ist ferner eine Schaltersteuerschaltung vorgesehen, um entsprechend dem Magnetpolpositionssignal und der Polaritätsinformation der Wechselstromversorgung ein Schaltsignal auszugeben;
und eine Drehrichtungssteuerschaltung gibt selektiv das Schaltsignal oder ein durch Invertierten des Schaltsignals erhaltenes invertiertes Schaltsignal aus, wobei das Schaltsignal oder das invertierte Schaltsignal das Steuersignal ist.
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Vorzugsweise ist die Schaltersteuerschaltung derart konfiguriert, dass diese den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter nur aktiviert, wenn sich die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbperiode befindet und die Drehrichtungssteuerschaltung ein erstes Signals ausgibt oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbperiode befindet und die Drehrichtungssteuerschaltung ein zweites Signal ausgibt.
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Vorzugsweise ist der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter ein TRIAC. Eine erste Anode und eine zweite Anode des TRIAC sind jeweils mit der Wechselstromversorgung und einer Ständerwicklung verbunden, und eine Steuerelektrode des TRIAC ist mit der Schaltersteuerschaltung verbunden.
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Wenn sich der Motor in einer bestimmten Richtung dreht, gibt die Drehrichtungssteuerschaltung bevorzugt das von der Erfassungsschaltung ausgegebene Magnetpolpositionssignal an die Schaltersteuerschaltung aus;
und wenn sich der Motor in einer zu der bestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung dreht, invertiert die Drehrichtungssteuerschaltung das von der Erfassungsschaltung ausgegebene Magnetpolpositionssignal und gibt das invertierte Signal an die Schaltersteuerschaltung aus.
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Vorzugsweise ist ferner ein Gleichrichter vorgesehen, der konfiguriert ist für die Bereitstellung einer Gleichstromspannung zumindest an die Erfassungsschaltung.
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Vorzugsweise ist die Erfassungsschaltung ein Hall-Sensor mit einem Stromversorgungsanschluss, einem Erdungsanschluss und einem Ausgangsanschluss, wobei der Stromversorgungsanschluss des Hall-Sensors mit einem ersten Ausgangsanschluss eines Gleichrichters, der Erdungsanschluss des Hall-Sensors mit einem zweiten Ausgangsanschluss des Gleichrichters und der Ausgangsanschluss des Hall-Sensors mit einem Eingangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung verbunden ist.
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Es wird eine integrierte Schaltung zum Treiben eines Motors angegeben, wobei die integrierte Schaltung eine Erfassungsschaltung umfasst. Die Erfassungsschaltung ist konfiguriert für die Erfassung einer Magnetpolposition eines Läufers des Motors und gibt ein Magnetpolpositionssignal aus. Ein steuerbarer bidirektionaler Wechselstromschalter ist außerhalb der integrierten Schaltung vorgesehen und ist mit einer Wicklung des Motors in Reihe geschaltet, wobei ein Schaltzustand des steuerbaren bidirektionalen Schalters gesteuert wird, um eine Drehrichtung des Motors entsprechend einem von der integrierten Schaltung ausgegebenen Steuersignal und entsprechend der Polarität einer den Motor speisenden Wechselstromversorgung zu bestimmen.
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Vorzugsweise umfasst die integrierte Schaltung ferner eine Drehrichtungssteuerschaltung, die konfiguriert ist für die selektive Ausgabe des von der Erfassungsschaltung ausgegebenen Magnetpolpositionssignals oder eines durch Invertieren des Magnetpolpositionssignals erhaltenen invertierten Signals entsprechend einer eingestellten Drehrichtung des Motors an eine Schaltersteuerschaltung.
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Die Schaltersteuerschaltung gibt das Steuersignal entsprechend dem von der Drehrichtungssteuerschaltung ausgegebenen Signal als Steuersignal aus. Vorzugsweise umfasst die integrierte Schaltung ferner eine Schaltersteuerschaltung zur Ausgabe eines Schaltsignals entsprechend dem Magnetpolpositionssignal und der Polaritätsinformation der Wechselstromversorgung; und eine Drehrichtungssteuerschaltung gibt selektiv das Schaltsignal oder ein durch Invertieren des Schaltsignals erhaltenes invertiertes Schaltsignal aus, wobei das Schaltsignal oder das invertierte Schaltsignal das Steuersignal ist.
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Die Schaltersteuerschaltung ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass diese den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter nur aktiviert, wenn sich die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbperiode befindet und die Drehrichtungssteuerschaltung ein erstes Signal ausgibt oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbperiode befindet und die Drehrichtungssteuerschaltung ein zweites Signal ausgibt.
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Vorzugsweise ist der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter ein TRIAC. Eine erste Anode und eine zweite Anode des TRIAC sind jeweils mit der Wechselstromversorgung und einer Ständerwicklung verbunden, und eine Steuerelektrode des TRIAC ist mit der Schaltersteuerschaltung verbunden.
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Wenn sich der Motor in einer bestimmten Richtung dreht, gibt die Drehrichtungssteuerschaltung bevorzugt das von der Erfassungsschaltung ausgegebene Magnetpolpositionssignal an die Schaltersteuerschaltung aus;
und wenn sich der Motor in einer zu der bestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung dreht, invertiert die Drehrichtungssteuerschaltung das von der Erfassungsschaltung ausgegebene Magnetpolpositionssignal und gibt das invertierte Signal an die Schaltersteuerschaltung aus.
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Ein Motor hat einen Ständer, einen Läufer und die vorstehend beschriebene Motortreiberschaltung oder die vorstehend beschriebene integrierte Schaltung.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt einen einphasigen Permanentmagnetsynchronmotor gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 zeigt schematisch ein Schaltungsprinzipdiagramm eines einphasigen Permanentmagnet-Synchronmotors 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 einer ersten Ausführungsform der Motortreiberschaltung gemäß vorliegender Erfindung;
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6 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform der Motortreiberschaltung gemäß vorliegender Erfindung;
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7 und 8 zeigen Schaltungsdiagramme einer Ausführungsform einer Schaltersteuerschaltung in der Motortreiberschaltung; und
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9 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer dritten Ausführungsform der Motortreiberschaltung gemäß vorliegender Erfindung.
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DETAILBESCHREIBUNG DER 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 kann einen Ständer und einen Läufer 11 aufweisen, der sich relativ zu dem Ständer drehen kann. Der Ständer kann einen Ständerkern 12 und eine Ständerwicklung 16 aufweisen, 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 (wie in 2 gezeigt) 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. Eine 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 Offenbarung 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 17, 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 der beschriebenen 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 Paares von einander gegenüberliegenden Polabschnitten 14 des Ständers aufweist, wenn der Läufer stillsteht. 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 nicht gleich 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 zwischen zwei Anschlüssen der Wechselstromversorgung 24 mit einer Motortreiberschaltung 18 in Reihe geschaltet. Die Motortreiberschaltung 18 steuert die Vorwärts- und Rückwärtsdrehung des Motors. Die Wechselstromversorgung 24 kann 110 V, 220 V, 230 V betragen 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 28, einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26, eine Schaltersteuerschaltung 30 und eine Drehrichtungssteuerschaltung 50. 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. Ein zweiter Eingangsanschluss I2 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 den Gleichstrom an die Erfassungsschaltung 20 bereitzustellen. Die Erfassungsschaltung 20 erfasst eine Magnetpolposition des Läufers 11 und gibt über einen Ausgangsanschluss der Erfassungsschaltung 20 ein jeweiliges Magnetpol-Positionssignal aus, z. B. 5 V oder 0 V. Die Drehrichtungssteuerschaltung 50 ist mit der Erfassungsschaltung 20 verbunden und ist konfiguriert für eine selektive Ausgabe eines von der Erfassungsschaltung 20 ausgegebenen Magnetpolpositionssignals oder eines Signals, das durch Invertieren des Magnetpolpositionssignals an die Schaltersteuerschaltung 30 erhalten wird, basierend auf einer eingestellten Drehrichtung des Motors. Die Schaltersteuerschaltung 30 steuert den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 basierend auf dem empfangenen Signal und der Polaritätsinformation der Wechselstromversorgung, so dass der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 alternierend aktiviert und deaktiviert wird, um eine Vorwärtsdrehung oder Rückwärtsdrehung des Motors zu bestimmen. Wie in 4 gezeigt ist, ist der erste Eingangsanschluss I1 des Gleichrichters 28 in anderen Ausführungsformen über den Widerstand R0 mit einem Knoten zwischen der Ständerwicklung 16 und der Wechselstromversorgung 24 verbunden, und der zweite Eingangsanschluss I2 des Gleichrichters 28 ist mit einem Knoten zwischen der Wechselstromversorgung 24 und dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter 26 verbunden.
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Die Erfassungsschaltung 20 ist konfiguriert für die Erfassung einer Magnetpolposition des Läufers 11 des Motors. Die Erfassungsschaltung 20 ist bevorzugt ein Hall-Sensor 22. In der Ausführungsform ist der Hall-Sensor 22 dem Läufer 11 des Motors benachbart angeordnet.
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Es wird auf 5 Bezug genommen, in der ein spezielles Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der in 3 gezeigten Motortreiberschaltung 18 dargestellt ist.
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Der Gleichrichter 28 hat vier Dioden D2 bis D5. Eine 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 kann der erste Eingangsanschluss I1 des Gleichrichters 28 sein und ist über den Widerstand R0 mit der Ständerwicklung 16 des Motors 10 elektrisch verbunden. Der Widerstand R0 kann als Spannungsreduziereinheit dienen. Die Anode der Diode D4 kann der zweite Eingangsanschluss I2 des Gleichrichters 28 sein und ist mit der Wechselstromversorgung 24 elektrisch verbunden. Die Kathode der Diode D3 kann ein erster Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 sein und ist mit dem Hall-Sensor 22 und der Schaltersteuerschaltung 30 elektrisch verbunden. Der erste Ausgangsanschluss O1 gibt eine hohe Gleichstrombetriebsspannung VDD aus. Die Anode der Diode D5 kann ein zweiter Ausgangsanschluss O2 des Gleichrichters 28 sein und ist mit dem Hall-Sensor 22 elektrisch verbunden. Der zweite Ausgangsanschluss O2 gibt eine Spannung aus, die niedriger ist als die von dem ersten Ausgangsanschluss O1 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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In der Ausführungsform hat der Hall-Sensor 22 einen Stromversorgungsanschluss VCC, einen Erdungsanschluss GND und einen Ausgangsanschluss H1. Der Stromversorgungsanschluss VCC ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 verbunden. Der Erdungsanschluss GND ist mit dem zweiten Ausgangsanschluss O2 des Gleichrichters 28 verbunden, und der Ausgangsanschluss H1 ist mit der Drehrichtungssteuerschaltung 50 verbunden. Wenn der Hall-Sensor 22 aktiviert wird, d. h. wenn die Stromversorgung VCC eine hohe Spannung empfängt und der Erdungsanschluss GND eine niedrige Spannung empfängt, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ein logisches Magnetpolpositionssignal mit hohem Pegel aus, sofern ein erfasstes Läufermagnetfeld Nord zeigt, oder der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 gibt ein logisches Magnetpolpositionssignal mit niedrigem Pegel aus, sofern das erfasste Läufermagnetfeld Süd zeigt. In anderen Ausführungsformen kann der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ein Magnetpolpositionssignal mit niedrigem Logikpegel ausgeben, wenn das erfasste Läufermagnetfeld Nord zeigt, oder der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 kann ein Magnetpolpositionssignal mit hohem Logikpegel ausgeben, wenn das erfasste Läufermagnetfeld Süd zeigt.
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Die Drehrichtungssteuerschaltung 50 enthält einen Multiplexer (MUX) 52, einen Puffer 54 und einen Inverter 56. Der MUX 52 hat zwei Dateneingangsanschlüsse, einen Datenausgangsanschluss und einen Auswahlanschluss. Ein Eingangsanschluss des Puffers 54 ist mit einem Eingangsanschluss des Inverters 56 verbunden, und ein Knoten zwischen dem Eingangsanschluss des Puffers 54 dem Eingangsanschluss des Inverters 56 kann als Eingangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 genutzt werden. Der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ist mit dem Eingangsanschluss der Drehrichtungssteuereinheit 50 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des Puffers 54 ist mit einem Dateneingangsanschluss des MUX 52 verbunden, und ein Ausgangsanschluss des Inverters 56 ist mit dem anderen Dateneingangsanschluss des MUX 52 verbunden. Ein Ausgangsanschluss des MUX 52 kann der Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 sein und kann mit der Schaltersteuerschaltung 30 elektrisch verbunden sein. Der Auswahlanschluss des MUX 52 empfängt ein Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung zum Steuern der Vorwärtsdrehung oder Rückwärtsdrehung des Motors. Der Auswahlanschluss des MUX 52 überträgt auf der Basis des Signals CTRL der eingestellten Drehrichtung selektiv das von dem Hall-Sensor 22 ausgegebene Magnetpolpositionssignal oder ein Signal, das durch Invertieren des von dem Hall-Sensor 22 ausgegebenen Magnetpolpositionssignal erhalten wird, zu der Schaltersteuerschaltung 30. In anderen Ausführungsformen kann der Puffer 54 in der Drehrichtungssteuerschaltung 50 entfallen, und der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ist direkt mit einem Dateneingangsanschluss des MUX 52 verbunden.
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Die Schaltersteuerschaltung 30 hat einen ersten Anschluss, einen zweiten Anschluss und einen dritten Anschluss. Der erste Anschluss ist mit dem ersten Ausgangsanschluss des Gleichrichters 28, der zweite Anschluss mit dem Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 und der dritte Anschluss mit einer Steuerelektrode des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 verbunden. Die Schaltersteuerschaltung 30 umfasst einen Widerstand R2, eine NPN-Triode Q1 und eine Diode D1. Eine Kathode der Diode D1 kann der zweite Anschluss sein, für eine Verbindung mit dem Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50. Ein Ende des Widerstands R2 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 und das andere Ende des Widerstands R2 mit dem Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 verbunden. Eine Basiselektrode der NPN-Triode Q1 ist mit dem Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 verbunden, eine Emitterelektrode der NPN-Triode Q1 ist mit einer Anode der Diode D1 verbunden, und eine Kollektorelektrode der NPN-Triode Q1 dient als erster Anschluss und ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 verbunden. In der Ausführungsform enthält die Schaltersteuerschaltung 30 ferner einen Strombegrenzungswiderstand R1, der zwischen eine Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und eine Anode der Diode D1 geschaltet ist. Ein Ende des Strombegrenzungswiderstands R1, das nicht mit der Diode D1 verbunden ist, dient als dritter Anschluss.
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Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 kann ein TRIAC sein. Zwei Anoden T1 und T2 des TRIAC sind jeweils mit der Wechselstromversorgung 24 und der Ständerwicklung 16 verbunden, und eine Steuerelektrode G des TRIAC ist mit dem dritten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 verbunden. 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 Bipolartransistor 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 Bipolartransistoren 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 die Aktivierung 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; und für die Deaktivierung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, wenn sich die Wechselstromversorgung in einer negativen Halbperiode befindet und der zweite Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 das Signal mit dem ersten Pegel empfängt oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einer positiven Halbperiode befindet und der zweite Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 das Signal mit dem zweiten Pegel empfängt. Vorzugsweise ist das erste Signal ein logisches Signal mit einem hohen Pegel, und das zweite Signal ist ein logisches Signal mit einem niedrigen Pegel.
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Ein Funktionsprinzip der Motortreiberschaltung 18 wird nachstehend mit Bezug auf die 3 und 5 erläutert.
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Aus der Theorie der Elektromagnetik weiß man gegebenenfalls, dass bei einem einphasigen Permanentmagnetmotor eine Drehrichtung des Läufers des Motors geändert werden kann, indem man die Richtung des Stroms der Ständerwicklung 16 ändert. Wenn in den 3 und 4 die durch den Hall-Sensor 22 erfasste Polarität ein N-Pol ist, fließt der Wechselstrom in einer positiven Halbperiode durch die Ständerwicklung 16 (siehe 3) und der Motor dreht sich rückwärts, zum Beispiel in der Gegenuhrzeigerrichtung (CCW = counterclockwise). Es versteht sich, dass der Wechselstrom in einer negativen Halbperiode durch die Statorwicklung 16 fließt (siehe 4), wenn die durch den Hall-Sensor 22 erfasste Polarität des Läufers ein N-Pol ist, wobei sich der Motor vorwärts dreht, zum Beispiel in der Uhrzeigerrichtung (CW = clockwise). Vorliegende Erfindung basiert auf diesem Prinzip, d. h. die Richtung des Stroms, der durch die Ständerwicklung 16 fließt, wird basierend auf der durch den Hall-Sensor 22 erfassten Polarität des Läufers eingestellt, wodurch die Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung des Motors gesteuert werden.
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Die nachstehende Tabelle 1 ist eine Funktionstabelle, in der die Steuerung der Vorwärtsdrehung und der Rückwärtsdrehung des Motors basierend auf einem Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung der Motors dargestellt ist. Tabelle 1
| Signal der eingestellten Drehrichtung | Ausgang des MUX | Drehrichtung des Motors |
| 0 | Hall | CCW |
| 1 | Hall | CW |
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Die Erläuterung erfolgt nun basierend auf der Annahme, dass sich der Motor vorwärts dreht und dass das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung einen hohen Logikpegel ”1” hat. Wenn der Motor startet und wenn eine durch den Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpolposition des Läufers der N-Pol ist, gibt der Hall-Sensor 22 ein Magnetpolpositionssignal mit einem hohen Logikpegel ”1” aus. Der MUX 52 wählt über die Invertierung des Magnetpolpositionssignals durch den Inverter 56 die Ausgabe eines niedrigen Logikpegels ”0” an die Schaltersteuerschaltung 30. Die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den niedrigen Logikpegel, und die Triode Q1 wird abgeschaltet. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, fließt der Wechselstrom in der negativen Halbperiode durch die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, den Widerstand R1, die Diode D2 und wird geerdet. Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, und es beginnt die Drehung des Läufers 11 in der Uhrzeigerrichtung. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, kann der Wechselstrom in der positiven Halbperiode die NPN-Triode Q1 nicht passieren, es fließt kein Strom durch die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, 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 Läufermagnetpol ein S-Pol ist, wird ein Magnetpolpositionssignal mit einem niedrigen Logikpegel ”0” ausgegeben. Der MUX 52 wählt die Ausgabe eines hohen Logikpegels ”1”, der durch eine Invertierung des Magnetpolpositionssignals mittels des Inverters 56 erhalten wird, an die Schaltersteuerschaltung 30. Die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den hohen Logikpegel, die Triode Q1 wird angeschaltet, weshalb der Pegel der Anode der Diode D1 ein hoher Pegel ist. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, kann der Wechselstrom in der negativen Halbperiode nicht durch die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 und den Widerstand R1 fließen, weshalb der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 deaktiviert wird und der Läufer 11 sich nicht dreht. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, fließt der Wechselstrom in der positiven Halbperiode über die NPN-Triode Q1 und den Widerstand R1 zu der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, der Wechselstrom in der positiven Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung und der Läufer 11 dreht sich in der Uhrzeigerrichtung.
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Wenn der Motor für eine Rückwärtsdrehung vorgesteuert ist, d. h. für eine Drehung in der Gegenuhrzeigerrichtung, kann das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung einen niedrigen Logikpegel ”0” aufweisen. Wenn eine durch den Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpolposition des Läufers ein N-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ein Magnetpolpositionssignal mit einem hohen Logikpegel ”1” aus. Der MUX 52 gibt den von dem Hall-Sensor 22 ausgegebenen hohen Logikpegel über den Puffer 54 an die Kathode der Diode D1 aus, die Triode Q1 wird angeschaltet, weshalb der Pegel der Anode der Diode D1 ein hoher Pegel ist. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, kann der Wechselstrom in der negativen Halbperiode nicht durch die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 und den Widerstand R1 fließen, weshalb der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 deaktiviert wird und der Läufer 11 sich nicht dreht. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, fließt der Wechselstrom in der positiven Halbperiode über die Triode Q1 und den Widerstand R1 zu der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, und es beginnt die Drehung des Läufers 11 des Motors in der Gegenuhrzeigerrichtung.
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Wenn die durch den Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpolposition ein S-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ein Magnetpolpositionssignal mit einem niedrigen Logikpegel ”0” aus, der MUX 52 gibt den von dem Hall-Sensor 22 ausgegebenen niedrigen Logikpegel über den Puffer 54 an die Kathode der Diode D1 aus, und die Triode Q1 wird abgeschaltet. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, fließt ein Strom in der negativen Halbperiode durch die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, den Widerstand R1 und die Diode D1 und wird geerdet, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 wird aktiviert, der Wechselstrom in der negativen Halbperiode fließt durch die Ständerwicklung, und es beginnt die Drehung des Läufers 11 in der Gegenuhrzeigerrichtung. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, kann der Wechselstrom in der positiven Halbperiode die NPN-Triode Q1 nicht passieren, es fließt kein Strom durch die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26, 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 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 auf einfache Weise 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 eine vorgegebene Zeitperiode deaktiviert wird.
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Die nachstehende Tabelle 2 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 2
| Magnetpol-Position des Läufers | Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors | Drehrichtungssteuerschaltung | Wechselstrom | Ausgangs-Anschluss der Schalter-Steuerschaltung | Drehrichtung des Motors |
| Steuersignal | Ausgangsanschluss |
| N | 1 | 0 | 1 | Positive Halbperiode | 1 | CCW |
| S | 0 | 0 | Negative Halbperiode | 0 | CCW |
| N | 1 | 1 | Negative Halbperiode | 1 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
| S | 0 | 0 | Positive Halbperiode | 0 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
| N | 1 | 1 | 0 | Negative Halbperiode | 0 | CW |
| S | 0 | | 1 | Positive Halbperiode | 1 | CW |
| N | 1 | 0 | Positive Halbperiode | 0 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
| S | 0 | 1 | Negative Halbperiode | 1 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
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Zusammengefasst steuert die Drehrichtungssteuerschaltung 50 auf der Basis einer eingestellten Drehrichtung des Motors, ob ein durch den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 empfangenes Signal das von dem Hall-Sensor 22 ausgegebene Magnetpolpositionssignal oder das Signal ist, das durch eine Invertierung des von dem Hall-Sensor 22 ausgegebenen Magnetpolpositionssignals erhalten wird. Das heißt, die Drehrichtungssteuerschaltung 50 steuert den durch den zweiten Anschluss der Schaltersteuerschaltung 30 empfangenen Pegel, wodurch ein Schaltzustand des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 basierend auf der Polarität der Stromversorgung gesteuert wird, um den durch die Ständerwicklung 16 fließenden Gleichstrom zu steuern, und wodurch die Drehrichtung des Motors gesteuert wird.
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In anderen Ausführungsformen kann der MUX 52 durch andere Arten von Wählschaltern ersetzt werden. Die Wählschalter können mechanische Schalter oder elektronische Schalter sein. Die mechanischen Schalter können ein Relais, einen einpoligen zweistufigen Umschalter und einen einpoligen einstufigen Umschalter umfassen. Die elektronischen Schalter können ein Festkörperrelais, einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor, einen siliziumgesteuerten Gleichrichter, einen TRIAC, einen Bipolartransistor mit isoliertem Gate, einen Bipolartransistor, ein Halbleiter-Thyratron und einen Optokoppler etc. umfassen.
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Es wird auf 6 Bezug genommen. 6 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreiberschaltung 18A gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Treiberschaltung 18A ist ähnlich wie die Treiberschaltung 18 in der ersten Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, mit der Ausnahme, dass der MUX 52 durch ein Relais 510 in der Drehrichtungssteuerschaltung 500 ersetzt ist. Das Relais 510 hat einen ersten Anschluss 511, einen zweiten Anschluss 512, einen dritten Anschluss 513 und einen Steueranschluss. Der Steueranschluss empfängt das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung. Ein Eingangsanschluss des Puffers 54 ist mit einem Ausgangsanschluss des Inverters 56 verbunden, und sowohl der Eingangsanschluss des Puffers 54 als auch der Eingangsanschluss des Inverters 56 ist mit dem Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 verbunden. Der erste Anschluss 511 ist mit einer Kathode einer Diode D1, der zweite Anschluss 512 mit einem Ausgangsanschluss des Puffers 54 und der dritte Anschluss 513 mit einem Ausgangsanschluss des Inverters 56 verbunden.
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Ein Steuerungsprinzip zum Steuern der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung des Motors durch das Relais 510 ist das gleiche wie das Steuerungsprinzip der ersten Ausführungsform, das in 5 dargestellt ist. Insbesondere wenn der Motor für eine Vorwärtsdrehung gesteuert wird, kann das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung einen hohen Logikpegel aufweisen, der erste Anschluss 511 des Relais 510 ist mit dem dritten Anschluss 513 des Relais 510 verbunden, die Drehrichtungssteuerschaltung 500 invertiert ein von dem Hall-Sensor 22 ausgegebenes Magnetpolpositionssignal und gibt das invertierte Signal an die Schaltersteuerschaltung 30 aus. Die Schaltersteuerschaltung 30 steuert die Art und Weise der Leitung, damit der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 eine Drehung des Motors in der Uhrzeigerrichtung bewirkt. Wenn der Motor für eine Rückwärtsdrehung gesteuert wird, kann das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung einen niedrigen Logikpegel aufweisen, der erste Anschluss 511 des Relais 510 ist mit dem zweiten Anschluss 512 des Relais 510 verbunden, die Drehrichtungssteuerschaltung 500 gibt das von dem Hall-Sensor 22 ausgegebene Magnetpolpositionssignal an die Schaltersteuerschaltung 30 aus, und die Schaltersteuerschaltung 30 steuert die Art und Weise der Leitung, damit der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26, eine Drehung des Motors in der Gegenuhrzeigerrichtung bewirkt.
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Mit der erfindungsgemäßen Motortreiberschaltung steuert die Drehrichtungssteuerschaltung 50 das durch die Schaltersteuerschaltung 30 empfangene Signal entsprechend der Magnetpolposition des Läufers 11 und steuert ferner die Vorwärtsdrehung oder Rückwärtsdrehung des Motors in Verbindung mit der Polarität der Wechselstromversorgung. Wenn die Magnetpolposition des Läufers 11 der N-Pol ist und die Schaltersteuerschaltung 30 bei Erregung des Hall-Sensors im Normalzustand das Magnetpolpositionssignal empfängt, d. h. wenn der Logikpegel des Signals hoch ist, wird der Wechselstrom in der positiven Halbperiode derart gesteuert, dass dieser durch die Ständerwicklung fließt und der Motor sich in der Gegenuhrzeigerrichtung dreht. Wenn der Motor für eine Rückwärtsdrehung gesteuert wird und die Magnetpolposition des Läufers 11 der N-Pol ist, invertiert die Drehrichtungssteuerschaltung 50 das von dem Hall-Sensor 22 ausgegebene Magnetpolpositionssignal und gibt das invertierte Signal an die Schaltersteuerschaltung 30 aus. Die Schaltersteuerschaltung 30 steuert den Wechselstrom in der negativen Halbperiode derart, dass der Wechselstrom durch die Ständerwicklung 16 fließt, wodurch der Läufer 11 sich in der Uhrzeigerrichtung dreht. Die Drehrichtungssteuerschaltung 50 überträgt auf der Basis des Signals CTRL der eingestellten Drehrichtung das von dem Hall-Sensor 22 ausgegebene Magnetpolpositionssignal oder das durch Invertieren des Magnetpolpositionssignals erhaltene invertierte Signal selektiv zu der Schaltersteuerschaltung 30, um eine Drehrichtung des Motors zu steuern. Wenn Antriebsmotoren für verschiedene Anwendungen bereitgestellt werden müssen, die gegenläufige Drehrichtungen erfordern, wird lediglich der Logikpegel des Signals CTRL der eingestellten Drehrichtung geändert. Weitergehende Änderungen an der Treiberschaltung sind hingegen nicht notwendig. Die Motortreiberschaltung ist entsprechend einfach aufgebaut und zeichnet sich durch eine große Vielseitigkeit aus.
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Die in den 5 und 6 dargestellte erfindungsgemäße Schaltersteuerschaltung, die den Strombegrenzungswiderstand R1 aufweist, ist nicht auf die in 5 gezeigte Schaltung beschränkt. Vielmehr kann die Schaltersteuerschaltung auch durch die Schaltungen ersetzt werden, die in den 7 und 8 gezeigt sind.
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Es wird insbesondere auf 7 Bezug genommen. Eine Schaltersteuerschaltung 30 enthält einen Widerstand R3, eine Diode D6 und einen Widerstand R4 und eine Diode D7, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 und der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 in Reihe geschaltet sind. Eine Kathode der Diode D7 ist mit dem Widerstand R4 und eine Anode der Diode D7 mit der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 verbunden. Ein Ende des Widerstands R3 ist mit dem ersten Ausgangsanschluss O1 des Gleichrichters 28 und das andere Ende des Widerstands R3 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 8 Bezug genommen. Eine Schaltersteuerschaltung 30 umfasst einen Widerstand R3, einen Widerstand R4 und eine Diode D6 und eine Diode D7, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 und der Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26 antiseriell zueinander geschaltet sind. Kathoden der Diode D6 und der Diode D7 sind jeweils mit dem Ausgangsanschluss der Drehrichtungssteuerschaltung 50 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 R3 mit einem Verbindungspunkt von Anoden der Diode D6 und der Diode D7 verbunden. Zwei Enden des Widerstands R4 sind jeweils mit Kathoden der Diode D6 und der Diode D7 verbunden. Zwei Enden des Widerstands R4 sind jeweils mit Kathoden der Diode D6 und der Diode D7 verbunden.
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Es wird auf
9 Bezug genommen.
9 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer dritten Ausführungsform der Motortreiberschaltung gemäß vorliegender Erfindung. Ein Schaltungsaufbau in der Ausführungsform gemäß
9 ist im Wesentlichen der gleiche wie der Schaltungsaufbau in der Ausführungsform gemäß
5, mit der Ausnahme, dass in der Ausführungsform, die in
9 gezeigt ist, der Strombegrenzungswiderstand R1 und die Drehrichtungssteuerschaltung
50 zwischen die Schaltersteuerschaltung
30 und die Steuerelektrode des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters
26 geschaltet sind und dass die Anode der Diode D1 als Ausgangsanschluss der Schaltersteuerschaltung wirkt. Wenn die in
7 oder
8 gezeigte Schaltersteuerschaltung bei einer Motortreiberschaltung gemäß
9 angewendet wird, muss der Strombegrenzungswiderstand R1 nach wie vor zwischen die Drehrichtungssteuerschaltung
50 und die Steuerelektrode des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters
26 geschaltet sein. Die nachstehende Tabelle 3 zeigt insbesondere die Steuerung der Vorwärtsdrehung und Rückwärtsdrehung des Motors basierend auf der eingestellten Drehrichtung des Motors, der Magnetpolposition des Motors und der Polarität der Stromversorgung. Tabelle 3
| Magnetpol-Position des Läufers | Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors | Wechselstrom | Ausgangs-Anschluss der Schalter-Steuerschaltung | Drehrichtungssteuerschaltung | Drehrichtung des Motors |
| Steuersignal | Ausgangsanschluss |
| N | 1 | Positive Halbperiode | 1 | 0 | 1 | CCW |
| S | 0 | Negative Halbperiode | 0 | | 0 | CCW |
| N | 1 | Negative Halbperiode | 1 | | 1 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
| S | 0 | Positive Halbperiode | 0 | 0 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
| N | 1 | Negative Halbperiode | 1 | 1 | 0 | CW |
| S | 0 | Positive Halbperiode | 0 | | 1 | CW |
| N | 1 | Positive Halbperiode | 1 | 0 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
| S | 0 | Negative Halbperiode | 0 | 1 | Weiterdrehung aufgrund Trägheit |
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Die Erläuterung erfolgt nun basierend auf der Annahme, dass sich der Motor vorwärts dreht und dass das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung einen hohen Logikpegel ”1” hat. Wenn der Motor startet und wenn eine durch den Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpolposition des Läufers der N-Pol ist, gibt der Hall-Sensor 22 ein Magnetpolpositionssignal mit einem hohen Logikpegel ”1” aus. Die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den hohen Logikpegel, die Triode Q1 wird angeschaltet, die Schaltersteuerschaltung 30 gibt einen hohen Logikpegel aus, und die Drehrichtungssteuerschaltung 50 gibt einen niedrigen Logikpegel aus. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 aktiviert, und es beginnt die Drehung des Läufers 11 in der Uhrzeigerrichtung. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, gibt die Drehrichtungssteuerschaltung 50 einen niedrigen Logikpegel aus. Daher fließt kein Strom durch die Drehrichtungssteuerschaltung und die Steuerelektrode G des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters 26. 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 Läufermagnetpol ein S-Pol ist, wird ein Magnetpolpositionssignal mit einem niedrigen Logikpegel ”0” ausgegeben. Die Kathode der Diode D1 der Schaltersteuerschaltung 30 empfängt den niedrigen Logikpegel, die Triode Q1 wird abgeschaltet, die Schaltersteuerschaltung 30 gibt einen niedrigen Logikpegel aus, und die Drehrichtungssteuerschaltung 50 gibt einen hohen Logikpegel aus. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 aktiviert, und es beginnt die Drehung des Läufers 11 in der Uhrzeigerrichtung. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 deaktiviert und der Läufer 11 dreht sich nicht.
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Wenn der Motor für eine Rückwärtsdrehung vorgesteuert ist, d. h. für eine Drehung in der Gegenuhrzeigerrichtung, wird das Signal CTRL der eingestellten Drehrichtung für die Ausgabe eines niedrigen Logikpegels ”0” gesteuert. Wenn eine durch den Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpolposition ein N-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ein Magnetpositionssignal mit einem hohen Logikpegel ”1” aus. Die Schaltersteuerschaltung gibt einen hohen Logikpegel aus, und die Drehrichtungssteuerschaltung gibt einen hohen Logikpegel aus. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 aktiviert, und es beginnt die Drehung des Läufers 11 in der Gegenuhrzeigerrichtung. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 deaktiviert und der Läufer 11 dreht sich nicht.
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Wenn die von dem Hall-Sensor 22 erfasste Magnetpolposition ein S-Pol ist, gibt der Ausgangsanschluss H1 des Hall-Sensors 22 ein Magnetpolpositionssignal mit einem niedrigen Logikpegel ”0” aus. Die Schaltersteuerschaltung 30 gibt einen niedrigen Logikpegel aus, und die Drehrichtungssteuerschaltung 50 gibt einen niedrigen Logikpegel aus. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer negativen Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 aktiviert und der Läufer 11 dreht sich in der Gegenuhrzeigerrichtung. Wenn sich die Wechselstromversorgung beim Starten des Motors in einer positiven Halbperiode befindet, wird der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter 26 deaktiviert und der Läufer 11 dreht sich nicht.
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Der Motor gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann für Antriebsvorrichtungen wie beispielsweise Fensterheber in Automobilen oder Rollläden in Bürogebäuden und Wohngebäuden verwendet werden. Der erfindungsgemäße Motor kann ein Permanentmagnet-Wechselstrommotor sein, zum Beispiel ein Permanentmagnet-Synchronmotor und ein Permanentmagnet-BLDC-Motor. Der erfindungsgemäße Motor 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 von einem Gehäuse umschlossen sein. Zum Beispiel kann die Motorantriebsschaltung als anwendungsspezifische Einchip-Schaltung (ASIC) ausgeführt sein. Die Kosten der Schaltung werden dadurch reduziert und ihre Zuverlässigkeit verbessert. In anderen oder weiteren Ausführungsformen können der Gleichrichter 28, die Erfassungsschaltung 20, die Drehrichtungssteuerschaltung 50 und die Schaltersteuerschaltung 30 insgesamt oder zum Teil in die integrierte Schaltung integriert sein. Es sind zum Beispiel nur die Drehrichtungssteuerschaltung 50, 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, ein Halbleitersubstrat und eine Drehrichtungssteuerschaltung 50 und eine Schaltersteuerschaltung 30, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet sind. Die Drehrichtungssteuerschaltung 50 und die Schaltersteuerschaltung 30 sind von dem Gehäuse umschlossen. In anderen Ausführungsformen kann die Erfassungsschaltung 20 für die Erfassung einer Magnetpolposition des Läufers des Motors ferner auf dem Halbleitersubstrat integriert sein. In anderen Ausführungsformen können ferner der Gleichrichter 28 und/oder der steuerbare bidirektionale Schalter 26 auf dem Halbleitersubstrat integriert sein. In einer weiteren Ausführungsform kann in dem Gehäuse ein zweites Halbleitersubstrat vorgesehen sein, und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter ist auf dem zweiten Halbleitersubstrat angeordnet.
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Zum Beispiel kann die gesamte Motortreiberschaltung abhängig von den konstruktiven Anforderungen als diskretes Bauelement auf einer Leiterplatte angeordnet sein.
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Die Drehrichtungssteuerschaltung und die Schaltersteuerschaltung bilden eine Steuerschaltung. Abhängig von einem Magnetpolpositionssignal arbeitet die Steuerschaltung in einem ersten Zustand oder in einem zweiten Zustand, wobei der erste Zustand ein Zustand sein kann, in dem ein Laststrom über die Steuerelektrode des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters aus dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter ausfließt, und wobei der zweite Zustand ein Zustand sein kann, in dem ein Laststrom über die Steuerelektrode des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters in den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter einfließt; und die Drehrichtungssteuerschaltung und die Schaltersteuerschaltung schalten basierend auf der eingestellten Drehrichtung des Motors Entsprechungen zwischen dem Magnetpolpositionssignal und dem ersten Zustand wie auch dem zweiten Zustand, um den Motor für eine Drehung in einer bestimmten Richtung oder in einer zu der bestimmten Richtung entgegengesetzten Richtung zu steuern.
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Vorstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Änderungen, äquivalente Ersetzungen und Verbesserungen, die innerhalb des Geistes und des Prinzips in der vorliegenden Erfindung gemacht werden, fallen in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.
