-
GEBIET DER ERFINDUNG
-
Vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Magnetfelderfassungstechnologie.
-
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
-
In der modernen Industrie und bei elektronischen Produkten werden physikalische Parameter wie Strom, Position und Richtung durch die Erfassung der Magnetfeldstärke gemessen, wofür häufig ein Magnetsensor benutzt wird. Die Motorindustrie ist ein wichtiges Anwendungsgebiet für Magnetsensoren, die hier zum Erfassen der Polposition eines Läufers in einem Elektromotor eingesetzt werden.
-
ÜBERSICHT
-
Gemäß der konventionellen Technologie kann der Magnetsensor normalerweise nur das Ergebnis der Erfassung eines Magnetfeldes ausgeben, und für die Verarbeitung des Ergebnisses der Erfassung des Magnetfeldes wird in der Praxis zusätzlich eine Peripherieschaltung benötigt. Diese verteuert die Schaltung insgesamt und macht sie wenig zuverlässig.
-
ÜBERSICHT
-
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine magnetsensorintegrierte Schaltung in einer Ausführungsform angegeben, umfassend: ein Gehäuse, ein in dem Gehäuse angeordnetes Halbleitersubstrat, mindestens einen Eingangs-Port und einen Ausgangs-Port, die sich aus dem Gehäuse erstrecken, und eine elektronische Schaltung, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist, wobei die elektronische Schaltung umfasst:
eine Gleichrichterschaltung;
eine Magnetfelderfassungsschaltung, die konfiguriert ist für die Erfassung eines externen Magnetfelds und für die Ausgabe einer Magnetfelderfassungsinformation; und
eine Ausgangssteuerschaltung, die mit der Gleichrichterschaltung verbunden ist und konfiguriert ist für die Steuerung der integrierten Schaltung zumindest auf der Basis der Magnetfelderfassungsinformation, so dass die integrierte Schaltung zumindest in einem ersten Zustand arbeitet, in dem ein Laststrom von dem Ausgangs-Port nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt, oder zumindest in einem zweiten Zustand, in dem ein Laststrom von außerhalb der integrierten Schaltung zu dem Eingangs-Port und dabei durch die Gleichrichterschaltung fließt.
-
Vorzugsweise kann die Ausgangssteuerschaltung konfiguriert sein für die Steuerung der integrierten Schaltung zumindest auf der Basis der Magnetfelderfassungsinformation, so dass die integrierte Schaltung umschaltet zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand, wobei sowohl der ausfließende Strom als auch der einfließende Strom durch die Gleichrichterschaltung fließen.
-
Vorzugsweise kann die Magnetfelderfassungsschaltung durch eine erste Stromversorgung gespeist werden, und die Ausgangssteuerschaltung kann durch eine zweite Stromversorgung gespeist werden, die sich von der ersten Stromversorgung unterscheidet.
-
Vorzugsweise kann ein Durchschnitt einer Ausgangsspannung der ersten Stromversorgung niedriger sein als der einer Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgung.
-
Vorzugsweise kann der mindestens eine Eingangs-Port einen Eingangs-Port umfassen, der konfiguriert ist für eine Verbindung mit einer externen Wechselstromversorgung (AC-Versorgung), und die Ausgangssteuerschaltung kann konfiguriert sein für die Steuerung der integrierten Schaltung auf der Basis der Magnetfelderfassungsinformation und einer Polarität der Wechselstromversorgung, so dass die integrierte Schaltung zumindest in einem ersten Zustand oder in einem zweiten Zustand arbeitet.
-
Vorzugsweise kann die Ausgangssteuerschaltung einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter aufweisen, wobei der erste Schalter und der Ausgangs-Port in einen ersten Strompfad geschaltet sind, der zweite Schalter und der Ausgangs-Port in einen zweiten Strompfad geschaltet sind, dessen Richtung zu der des ersten Strompfads entgegengesetzt ist, und der erste Schalter und der zweite Schalter basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation selektiv aktiviert werden.
-
Vorzugsweise kann der erste Schalter eine Triode und der zweite Schalter eine Diode oder eine Triode sein.
-
Vorzugsweise kann die Ausgangssteuerschaltung einen ersten Strompfad aufweisen, in welchem ein Strom von dem Ausgangs-Port ausfließt, einen zweiten Strompfad, in welchem ein Strom von dem Ausgangs-Port einfließt, und einen Schalter, der in den ersten Strompfad oder in den zweiten Strompfad geschaltet ist, wobei der Schalter konfiguriert sein kann für die Steuerung des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads auf der Basis Magnetfelderfassungsinformation, die von der Magnetfelderfassungsschaltung ausgegeben wird, so dass der erste Strompfad und der zweite Strompfad selektiv aktiviert werden.
-
Vorzugsweise ist es auch möglich, dass in dem jeweils anderen Strompfad des ersten und des zweiten Strompfads kein Schalter angeordnet ist.
-
Vorzugsweise kann die Ausgangssteuerschaltung konfiguriert sein für eine Steuerung des Laststroms, so dass der Laststrom durch den Ausgangs-Port fließt, wenn sich die Wechselstromversorgung in einem positiven Halbzyklus befindet und das externe Magnetfeld eine erste Polarität aufweist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einem negativen Halbzyklus befindet und das externe Magnetfeld eine zu der ersten Polarität entgegengesetzte zweite Polarität aufweist, und für eine Steuerung derart, dass kein Laststrom durch den Ausgangsport fließt, wenn sich die Wechselstromversorgung in einem positiven Halbzyklus befindet und das externe Magnetfeld die zweite Polarität aufweist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einem negativen Halbzyklus befindet und das externe Magnetfeld die erste Polarität aufweist.
-
Vorzugsweise kann der mindestens eine Eingangs-Port einen ersten Eingangs-Port und einen zweiten Eingangs-Port umfassen, die für eine Verbindung mit einer externen Wechselstromquelle konfiguriert sind, und die Gleichrichterschaltung kann konfiguriert sein für die Umwandlung eines von der externen Wechselstromversorgung ausgegebenen Wechselstromsignals in ein Gleichstromsignal (DC-Signal).
-
Vorzugsweise kann die integrierte Schaltung ferner einen Spannungsregler aufweisen, der konfiguriert ist für die Einstellung einer von der Gleichrichterschaltung ausgegebenen ersten Spannung auf eine zweite Spannung, wobei die zweite Spannung eine Versorgungsspannung der Magnetfelderfassungsschaltung ist, die erste Spannung eine Versorgungsspannung der Ausgangssteuerschaltung ist und ein Durchschnitt der ersten Spannung größer ist als jener der zweiten Spannung.
-
Vorzugsweise kann die Gleichrichterschaltung einen Vollwellenbrückengleichrichter und einen Spannungsstabilisator umfassen, der mit dem Vollwellenbrückengleichrichter in Reihe geschaltet ist, wobei der Spannungsstabilisator eine Zenerdiode aufweist, die zwischen zwei Ausgangsanschlüsse des Vollwellenbrückengleichrichters geschaltet ist. Der Vollwellenbrückengleichrichter umfasst eine erste Diode und eine zweite Diode, die in Reihe geschaltet sind, und eine dritte Diode und eine vierte Diode, die in Reihe geschaltet sind. Ein gemeinsamer Anschluss der ersten Diode und der zweiten Diode ist mit dem ersten Eingangs-Port elektrisch verbunden, und ein gemeinsamer Anschluss der dritten Diode und der vierten Diode ist mit dem zweiten Eingangs-Port elektrisch verbunden, wobei ein Erdungsausgangsanschluss des Vollwellenbrückengleichrichters gebildet wird durch die elektrische Verbindung eines Eingangsanschlusses der ersten Diode mit einem Eingangsanschluss der dritten Diode, wobei ein Spannungsausgangsanschluss des Vollwellenbrückengleichrichters gebildet wird durch die elektrische Verbindung eines Ausgangsanschlusses der zweiten Diode mit einem Ausgangsanschluss der vierten Diode und wobei die Zenerdiode zwischen einen gemeinsamen Anschluss der zweiten Diode und der vierten Diode und einen gemeinsamen Anschluss der ersten Diode und der dritten Diode geschaltet ist.
-
Vorzugsweise kann die Gleichrichterschaltung einen Spannungsausgangsanschluss und einen Erdungsausgangsanschluss aufweisen. Die Ausgangssteuerschaltung ist mit dem Spannungsausgangsanschluss und dem Erdungsausgangsanschluss verbunden, wobei der Laststrom durch den ersten Eingangs-Port, die Gleichrichterschaltung, den Spannungsausgangsanschluss und wiederum durch den Spannungsausgangsanschluss fließt und von dem Ausgangs-Port nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt, wenn die integrierte Schaltung in dem ersten Zustand arbeitet, und/oder wobei der Laststrom durch den Ausgangs-Port, die Ausgangssteuerschaltung, den Erdungsausgangsanschluss, die Gleichrichterschaltung und wiederum durch den ersten Eingangs-Port fließt, wenn die integrierte Schaltung in dem zweiten Zustand arbeitet.
-
Vorzugsweise kann die Magnetfelderfassungsschaltung umfassen:
ein Magnetfelderfassungselement, das konfiguriert ist für die Erfassung und Umwandlung des externen Magnetfelds in ein elektrisches Signal;
eine Signalverarbeitungseinheit, die konfiguriert ist für die Verstärkung und die Entschlüsselung des elektrischen Signals; und
eine Umwandlungseinheit, die konfiguriert ist für die Umwandlung des verstärkten und entschlüsselten elektrischen Signals in die Magnetfelderfassungsinformation, die ein schaltbares Digitalsignal ist.
-
Vorzugsweise kann der mindestens eine Eingangs-Port einen ersten Eingangs-Port und einen zweiten Eingangs-Port umfassen, die konfiguriert sind für die Verbindung einer externen Wechselstromquelle mit der magnetsensorintegrierten Schaltung, und eine Frequenz des Auftretens des ersten Zustands oder des zweiten Zustands kann proportional zu einer Frequenz der Wechselstromversorgung sein.
-
Vorzugsweise sind die Gleichrichterschaltung, die Magnetfelderfassungsschaltung und die Ausgangssteuerschaltung auf einem einzigen Nacktchip gebildet.
-
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Motoranordnung in einer Ausführungsform angegeben, die umfasst:
einen Motor; und
eine Motortreiberschaltung mit einer magnetsensorintegrierten Schaltung wie vorstehend beschrieben.
-
Vorzugsweise umfasst die Motortreiberschaltung ferner einen bidirektionalen Schalter, der über die externe Wechselstromversorgung mit dem Motor in Reihe geschaltet ist; und
der Ausgangs-Port der magnetsensorintegrierten Schaltung kann mit einem Steueranschluss des bidirektionalen Schalters verbunden sein.
-
Vorzugsweise kann der Motor einen Ständer und einen Permanentmagnetläufer aufweisen. Der Ständer kann einen Ständerkern und eine um den Ständerkern herumgeführte einphasige Wicklung aufweisen.
-
Vorzugsweise kann die Motoranordnung ferner eine Spannungsreduzierschaltung umfassen, die konfiguriert ist für die Reduzierung einer Spannung der Wechselstromversorgung und für die Bereitstellung einer reduzierten Spannung der Wechselstromversorgung an die magnetsensorintegrierte Schaltung.
-
Vorzugsweise kann die Ausgangssteuerschaltung konfiguriert sein für die Steuerung eines Antriebsstroms, so dass der Antriebsstrom zwischen dem Ausgangs-Port und dem bidirektionalen Schalter fließt, und für die Steuerung des bidirektionalen Schalters, so dass der Schalter aktiviert wird, wenn sich die Wechselstromversorgung in einem positiven Halbzyklus befindet und ein Magnetfeld des Permanentmagnetläufers eine erste Polarität aufweist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einem negativen Halbzyklus befindet und das Magnetfeld des Permanentmagnetläufers die zweite Polarität aufweist, die zur ersten Polarität entgegengesetzt ist, und für die Steuerung des bidirektionalen Schalters derart, dass der Schalter deaktiviert wird, wenn sich die Wechselstromversorgung in einem negativen Halbzyklus befindet und das Magnetfeld des Permanentmagnetläufers die erste Polarität aufweist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einem positiven Halbzyklus befindet und das Magnetfeld des Permanentmagnetläufers die zur ersten Polarität entgegengesetzte zweite Polarität aufweist.
-
Vorzugsweise kann die Ausgangssteuerschaltung konfiguriert sein für eine Steuerung eines Stroms derart, dass der Strom von der integrierten Schaltung zu dem bidirektionalen Schalter fließt, wenn sich ein von der Wechselstromversorgung ausgegebenes Signal in einem positiven Halbzyklus befindet und das Magnetfeld des Permanentmagnetläufers die erste Polarität aufweist, und/oder für eine Steuerung eines Stroms derart, dass der Strom von dem bidirektionalen Schalter zu der integrierten Schaltung fließt, wenn sich das von der Wechselstromversorgung ausgegebene Signal in einem negativen Halbzyklus befindet und das Magnetfeld des Permanentmagnetläufers die zweite Polarität aufweist.
-
Eine Funktion des bestehenden Magnetsensors wird mit der magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß den Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erweitert. Die Gesamtkosten der Schaltung werden verringert und ihre Zuverlässigkeit verbessert.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
-
Es folgt eine Kurzbeschreibung der Zeichnungen, die zur Erläuterung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung oder der konventionellen Technologie verwendet werden, damit die technischen Lösungen gemäß den Ausführungsformen oder gemäß der konventionellen Technologie deutlicher werden. In den Zeichnungen sind lediglich einige Ausführungsformen dargestellt. Der Fachmann wird erkennen, dass auf der Basis dieser Zeichnungen weitere Zeichnungen ohne kreatives Zutun erstellt werden können.
-
1 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
2 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
3 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer Ausgangssteuerschaltung in einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
4 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer Ausgangssteuerschaltung in einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
5 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer Ausgangssteuerschaltung in einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
5A zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer Ausgangssteuerschaltung in einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
6 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
7 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
8 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer Gleichrichterschaltung in einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
9 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer Magnetfelderfassungsschaltung in einer magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
-
10 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm einer Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
-
11 zeigt schematisch ein Strukturdiagramm eines Motors in einer Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
-
DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Technische Lösungen gemäß den Ausführungsformen der Erfindung werden nachstehend anhand der Zeichnungen eingehend erläutert, wobei die beschriebenen Ausführungsformen nur einige der möglichen Ausführungsformen der Erfindung darstellen. Der Fachmann wird erkennen, dass auf der Basis der vorliegenden Ausführungsformen ohne erfinderisches Zutun weitere Ausführungsformen möglich sind, die in den Schutzrahmen der vorliegenden Erfindung fallen.
-
Weitere Details sind in der nachstehenden Beschreibung angegeben, wobei die Erfindung in einer Weise implementiert werden kann, die sich von der vorliegend beschriebenen Weise unterscheidet. Ähnliche Erweiterungen kann der Fachmann vornehmen, ohne den Grundgedanken der Erfindung zu verlassen. Aus diesem Grund ist die Erfindung nicht auf die nachstehend beschriebenen besonderen Ausführungsformen beschränkt.
-
Eine magnetsensorintegrierte Schaltung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird nachstehend am Beispiel einer magnetsensorintegrierten Schaltung beschrieben, die in einem Motor verwendet wird.
-
Wie in 1 gezeigt ist, ist gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine magnetsensorintegrierte Schaltung vorgesehen. Die integrierte Schaltung hat ein Gehäuse 2, ein Halbleitersubstrat (nicht gezeigt), das in dem Gehäuse angeordnet ist, Eingangs-Ports A1, A2, einen Ausgangs-Port Pout, der sich aus dem Gehäuse erstreckt, und eine elektronische Schaltung, die auf dem Halbleitersubstrat angeordnet ist. Die Eingangs-Ports sind konfiguriert für die Verbindung einer externen Stromversorgung mit der magnetsensorintegrierten Schaltung. Die elektronische Schaltung umfasst:
eine Gleichrichterschaltung 60, die mit den Eingangs-Ports verbunden ist;
eine Magnetfelderfassungsschaltung 20, die mit der Gleichrichterschaltung 60 verbunden ist und konfiguriert ist für die Erfassung eines externen Magnetfelds und die Ausgabe einer Magnetfelderfassungsinformation; und
eine Ausgangssteuerschaltung 30, die mit der Gleichrichterschaltung 60 verbunden ist und konfiguriert ist für die Steuerung der integrierten Schaltung zumindest auf der Basis der Magnetfelderfassungsinformation, so dass die integrierte Schaltung zumindest in einem ersten Zustand arbeitet, in dem ein Laststrom von dem Ausgangs-Port nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt, oder zumindest in einem zweiten Zustand arbeitet, in dem ein Laststrom von außerhalb der integrierten Schaltung zu dem Ausgangs-Port fließt, wobei der Laststrom durch die Gleichrichterschaltung 60 fließt.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung, die auf der vorstehenden Ausführungsform basiert, ist die Ausgangssteuerschaltung 30 derart konfiguriert, dass diese die integrierte Schaltung auf der Basis zumindest der Magnetfelderfassungsinformation in einer Weise steuert, dass die integrierte Schaltung umschaltet zwischen dem ersten Zustand, in welchem ein Laststrom von dem Ausgangs-Port nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt, und dem zweiten Zustand, in welchem ein Laststrom von außerhalb der integrierten Schaltung zu dem Ausgangs-Port fließt, wobei sowohl der ausfließende Strom als auch der einfließende Strom durch die Gleichrichterschaltung fließen, wobei diesbezüglich keine Einschränkung besteht.
-
Es ist zu beachten, dass in einer Ausführungsform der Erfindung das Umschalten der magnetsensorintegrierten Schaltung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand nicht darauf beschränkt ist, dass die magnetsensorintegrierte Schaltung in einen Zustand schaltet, sobald der andere Zustand beendet ist. Vielmehr wartet die magnetsensorintegrierte Schaltung, bis ein Zeitintervall verstrichen ist, bevor sie in einen Zustand schaltet, nachdem ein anderer Zustand beendet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt innerhalb des Zeitintervalls, in dem zwischen den beiden Zuständen umgeschaltet wird, keine Ausgabe an dem Ausgangs-Port der magnetsensorintegrierten Schaltung.
-
Wie in 2 gezeigt ist, wird in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf der vorstehenden Ausführungsform basiert, die Magnetfelderfassungsschaltung 20 durch eine erste Stromversorgung 40 gespeist, und die Ausgangssteuerschaltung 30 wird durch eine zweite Stromversorgung 50 gespeist, die sich von der ersten Stromversorgung unterscheidet. Es ist zu beachten, dass in einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung die zweite Stromversorgung 50 eine Stromversorgung mit einer variablen Amplitude oder eine Gleichstromversorgung mit konstanter Amplitude sein kann. Im Fall einer Stromversorgung mit variabler Amplitude ist die zweite Stromversorgung 50 vorzugsweise einen Gleichstromversorgung mit variabler Amplitude, wobei bei vorliegender Erfindung diesbezüglich keine Einschränkung besteht.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf der vorstehenden Ausführungsform basiert, ist die erste Stromversorgung 40 eine Gleichstromversorgung mit konstanter Amplitude, um für die Magnetfelderfassungsschaltung 20 eine stabile Spannung bereitzustellen, so dass die Magnetfelderfassungsschaltung 20 stabil arbeitet.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf der vorstehenden Ausführungsform basiert, ist eine Durchschnitt einer Ausgangsspannung der ersten Stromversorgung 40 geringer als jener der Ausgangsspannung der zweiten Stromversorgung 50. Es ist zu beachten, dass die Magnetfelderfassungsschaltung 20 durch eine verbrauchsarme Stromversorgung gespeist wird, so dass der Stromverbrauch der integrierten Schaltung verringert wird. Die Ausgangssteuerschaltung 30 hingegen wird mit einer verbrauchsintensiven Stromversorgung gespeist, weshalb der Ausgangs-Port einen hohen Laststrom liefert, um sicherzustellen, dass ein ausreichendes Antriebsleistung für die integrierte Schaltung vorhanden ist.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung, die auf der vorstehend beschriebenen Ausführungsform basiert, enthält die Ausgangssteuerschaltung 30 einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter. Der erste Schalter und der Ausgangs-Port sind in einen ersten Strompfad geschaltet. Der zweite Schalter und der Ausgangs-Port sind in einen zweiten Strompfad geschaltet, dessen Richtung zur Richtung des ersten Strompfads entgegengesetzt ist. Der erste Schalter und der zweite Schalter werden basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation selektiv aktiviert. Der erste Schalter kann bevorzugt eine Triode und der zweite Schalter eine Triode oder eine Diode sein, je nachdem, wobei hier keine Einschränkung besteht.
-
In einer speziellen Ausführungsform der Erfindung, die in 3 gezeigt ist, sind der erste Schalter 31 und der zweite Schalter 32 ein Paar komplementärer Halbleiterschalter. Der erste Schalter 31 wird bei einem niedrigen Pegel aktiviert, und der zweite Schalter 32 wird bei einem hohen Pegel aktiviert. Der erste Schalter 31 und der Ausgangs-Port Pout sind in einen ersten Strompfad geschaltet, und der zweite Schalter 32 und der Ausgangs-Port Pout sind in einen zweiten Strompfad geschaltet. Sowohl ein Steueranschluss des ersten Schalters 31 als auch ein Steueranschluss des zweiten Schalters 32 sind mit der Magnetfelderfassungsschaltung 20 verbunden. Ein Stromeingangsanschluss des ersten Schalters 31 ist mit einer hohen Spannung verbunden (wie beispielsweise eine Gleichstromspannungsversorgung), ein Stromausgangsanschluss des ersten Schalters 31 ist mit einem Stromeingangsanschluss des zweiten Schalters 32 verbunden, und ein Stromausgangsanschluss des zweiten Schalters 32 ist mit einer niedrigen Spannung verbunden (wie beispielsweise die Erdungsspannung). Wenn die von der Magnetfelderfassungsschaltung 20 ausgegebene Magnetfelderfassungsinformation einen niedrigen Pegel aufweist, wird der erste Schalter 31 aktiviert und der zweite Schalter 32 deaktiviert, so dass der Laststrom von dem Hochspannungsanschluss durch den ersten Schalter 31 und den Ausgangs-Port Pout nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt. Wenn die von der Magnetfelderfassungsschaltung 20 ausgegebene Magnetfelderfassungsinformation einen hohen Pegel aufweist, wird der zweite Schalter 32 aktiviert und der erste Schalter 31 deaktiviert, so dass der Laststrom von außerhalb der integrierten Schaltung durch den Schalter 32 zu dem Ausgangs-Port Pout fließt. In dem Fall, der in 3 dargestellt ist, ist der erste Schalter 31 ein p-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (p-Typ MOSFET), und der zweite Schalter 32 ist ein n-Kanal-Metalloxid-Halbleiterfeldeffekttransistor (n-Typ MOSFET). Es versteht sich, dass der erste Schalter und der zweite Schalter in anderen Ausführungsformen andere Halbleiterschaltertypen sein können, zum Beispiel andere Feldeffekttransistoren wie beispielsweise ein Sperrschicht-Feldeffektransistor (SFET) oder ein Metall-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MESFET).
-
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die in 4 gezeigt ist, ist der erste Schalter 31 ein Schalttransistor, der bei einem hohen Pegel aktiviert wird, der zweite Schalter 32 ist eine Einrichtungsdiode, und ein Steueranschluss des ersten Schalters 31 und eine Kathode des zweiten Schalters 32 sind mit der Magnetfelderfassungsschaltung 20 verbunden. Der Stromeingangsanschluss des ersten Schalters 31 ist mit der zweiten Stromversorgung 50 verbunden, und der Stromausgangsanschluss des ersten Schalters 31 und eine Anode des zweiten Schalters 32 sind beide mit dem Ausgangs-Port Pout verbunden. Der erste Schalter 31 und der Ausgangs-Port Pout sind in den ersten Strompfad geschaltet, und der Ausgangs-Port Pout, der zweite Schalter 32 und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 sind in den zweiten Strompfad geschaltet. Wenn der Pegel der Magnetfelderfassungsinformation, die von der Magnetfelderfassungsschaltung 20 ausgegeben wird, ein hoher Pegel ist, wird der erste Schalter 31 aktiviert und der zweite Schalter 32 deaktiviert, so dass der Laststrom von der zweiten Stromversorgung 50 durch den ersten Schalter 31 und den Ausgangs-Port Pout nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt. Wenn der Pegel der Magnetfelderfassungsinformation, die von der Magnetfelderfassungsschaltung 20 ausgegeben wird, ein niedriger Pegel ist, wird der zweite Schalter 32 aktiviert und der erste Schalter 31 deaktiviert, so dass der Laststrom von außerhalb der integrierten Schaltung durch den zweiten Schalter 32 zu dem Ausgangs-Port Pout fließt. Es versteht sich, dass der erste Schalter 31 und der zweite Schalter 32 in anderen Ausführungsformen gegebenenfalls eine andere Struktur aufweisen können und dass diesbezüglich keine Einschränkung besteht.
-
In einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung hat die Ausgangssteuerschaltung 30 einen ersten Strompfad, in welchem ein Strom von dem Ausgangs-Port ausfließt, einen zweiten Strompfad, in welchem ein Strom von dem Ausgangs-Port einfließt, und einen Schalter, der in den ersten Strompfad oder in den zweiten Strompfad geschaltet ist. Der Schalter ist ausgebildet für eine Steuerung des ersten Strompfads und des zweiten Strompfads für deren selektive Aktivierung auf der Basis der Magnetfelderfassungsinformation, die von der Magnetfelderfassungsschaltung ausgegeben wird. Wahlweise ist in dem jeweils anderen der beiden Strompfade kein Schalter vorgesehen.
-
In einer Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, hat die Ausgangssteuerschaltung 30 einen Einrichtungsschalter 33. Der Einrichtungsschalter 33 und der Ausgangs-Port Pout sind in den ersten Strompfad geschaltet. Ein Stromeingangsanschluss des Einrichtungsschalters 33 kann mit einem Ausgangsanschluss der Magnetfelderfassungsschaltung 20 verbunden sein, und der Ausgangsanschluss der Magnetfelderfassungsschaltung 20 und der Ausgangs-Port Pout sind über einen Widerstand R1 in dem zweiten Strompfad verbunden, dessen Richtung zur Richtung des ersten Strompfads entgegengesetzt ist. Der Einrichtungsschalter 33 wird aktiviert, wenn ein Magnetfelderfassungssignal einen hohen Pegel aufweist, so dass der Laststrom durch den Einrichtungsschalter 33 und den Ausgangs-Port Pout nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt. Der Einrichtungsschalter 33 wird deaktiviert, wenn der Pegel des Magnetfeldinduktionssignals niedrig ist, so dass der Laststrom über den Widerstand R1 und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 von außerhalb der integrierten Schaltung zu dem Ausgangs-Port Pout fließt. Alternativ kann der Widerstand R1 in dem zweiten Strompfad durch einen weiteren Einrichtungsschalter ersetzt werden, der mit einem Einrichtungsschalter 33 antiparallel geschaltet ist. Auf diese Weise sind der aus dem Ausgangs-Port ausfließende Laststrom und der in den Ausgangs-Port einfließende Laststrom ausgeglichen.
-
In einer weiteren Ausführungsform, die in 5A gezeigt ist, enthält die Ausgangssteuerschaltung 30 Dioden D1 und D2, die zwischen dem Ausgangsanschluss der Magnetfelderfassungsschaltung 20 und dem Ausgangs-Port Pout antiseriell geschaltet sind, einen Widerstand R1, der mit den in Reihe geschalteten Dioden D1 und D2 parallelgeschaltet ist, und einen Widerstand R2, der zwischen einen gemeinsamen Anschluss der Dioden D1 und D2 und eine Stromversorgung Vcc geschaltet ist. Eine Kathode der Diode D1 ist mit dem Ausgangsanschluss der Magnetfelderfassungsschaltung 20 verbunden. Die Stromversorgung Vcc kann mit einem Spannungsausgangsanschluss der Gleichrichterschalter verbunden sein. Die Diode D1 wird auf der Basis der Magnetfelderfassungsinformation gesteuert. Wenn der Pegel der Magnetfelderfassungsinformation ein hoher Pegel ist, wird die Diode D1 abgeschaltet, so dass der Laststrom fließt über den Widerstand R2 und die Diode D2 von dem Ausgangs-Port Pout nach außerhalb der integrierten Schaltung fließt. Wenn der Pegel der Magnetfelderfassungsinformation ein niedriger Pegel ist, fließt der Laststrom über den Widerstand R1 und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 von außerhalb der integrierten Schaltung zu dem Ausgangs-Port Pout.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf einer der vorstehenden Ausführungsformen basiert, umfassen die Eingangs-Ports den ersten Eingangs-Port und den zweiten Eingangs-Port, die konfiguriert sind für eine Verbindung einer externen Wechselstromversorgung mit der magnetsensorintegrierten Schaltung, und die Ausgangssteuerschaltung 30 ist konfiguriert für die Steuerung der integrierten Schaltung basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation und einer Polarität der Wechselstromversorgung, so dass die integrierte Schaltung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltet. Optional kann die Magnetfelderfassungsschaltung 20 durch dieselbe Stromversorgung gespeist werden wie die Ausgangssteuerschaltung 30.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf einer der vorstehenden Ausführungsformen basiert, ist die Ausgangssteuerschaltung 30 konfiguriert für eine Steuerung des Laststroms, so dass der Laststrom durch den Ausgangs-Port fließt, wenn sich die Wechselstromversorgung in einem positiven Halbzyklus befindet und die durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfasste Polarität des externen Magnetfelds die erste Polarität ist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einem negativen Halbzyklus befindet und die durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfasste Polarität des externen Magnetfelds die zur ersten Polarität entgegengesetzte zweite Polarität ist, oder für eine Steuerung dahingehend, dass kein Laststrom durch den Ausgangs-Port fließt, wenn sich die Wechselstromversorgung in einem positiven Halbzyklus befindet und die durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfasste Polarität die zweite Polarität ist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einem negativen Halbzyklus befindet und die durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfasste Polarität die zur zweiten Polarität entgegengesetzte erste Polarität ist. Es sollte beachtet werden, dass, wenn sich die Wechselstromversorgung in einem positiven Halbzyklus befindet und das durch die Magnetfelderfassungsschaltung erfasste externe Magnetfeld eine erste Polarität aufweist oder wenn sich die Wechselstromversorgung in einem negativen Halbzyklus befindet und das durch die Magnetfelderfassungsschaltung erfasste externe Magnetfeld eine zweite Polarität aufweist, die zur ersten Polarität entgegengesetzt ist, der durch den Ausgangs-Port fließende Laststrom die Situation umfasst, in welcher der Laststrom über die gesamte Zeitspanne durch den Ausgangs-Port fließt, und die Situation, in welcher Laststrom nur für einen Teil der Zeitspannung durch den Ausgangs-Port fließt.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf den vorstehenden Ausführungsformen basiert, können die Eingangs-Ports einen ersten Eingangs-Port und einen zweiten Eingangs-Port umfassen, die konfiguriert sind für die Verbindung einer externen Wechselstromversorgung mit der magnetsensorintegrierten Schaltung. Die Verbindung des Eingangs-Port mit der externen Stromversorgung umfasst erfindungsgemäß eine Situation, in welcher der Eingangs-Port direkt mit den beiden Anschlüssen der externen Stromversorgung verbunden ist, und eine Situation, in welcher der Eingangs-Port über die beiden Anschlüsse der externen Stromversorgung mit einer externen Last in Reihe geschaltet ist, wobei die Erfindung hier keine Einschränkung vorsieht. In einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Gleichrichterschaltung 60 konfiguriert für die Umwandlung eines von der externen Wechselstromversorgung 70 ausgegebenen Wechselstromsignals in eine Gleichstromsignal.
-
Wie in 6 gezeigt ist, enthält die integrierte Schaltung in einer bevorzugten Ausführungsform, die auf der vorstehenden Ausführungsform basiert, ferner eine Spannungseinstellschaltung 80, der zwischen der Gleichrichterschaltung (auch Gleichrichtereinheit genannt) 60 und der Magnetfelderfassungsschaltung 20 angeordnet ist. In dieser Ausführungsform kann die Gleichrichterschaltung 60 als zweite Stromversorgung 50 dienen, und die Spannungseinstellschaltung 80 kann als erste Stromversorgung 40 dienen. Der Spannungsregler 80 ist konfiguriert für die Einstellung einer von der Gleichrichterschaltung 60 ausgegebenen ersten Spannung auf eine zweite Spannung und ist bevorzugt ein Abwärtswandler. Die zweite Spannung ist eine Versorgungsspannung der Magnetfelderfassungsschaltung 20, die erste Spannung ist eine Versorgungsspannung der Ausgangssteuerschaltung 30, und ein Durchschnitt der ersten Spannung ist größer als jener der zweiten Spannung, um den Stromverbrauch der integrierten Schaltung zu reduzieren und sicherzustellen, dass die integrierte Schaltung über eine ausreichende Antriebsleistung verfügt.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die in 7 dargestellt ist, enthält die Gleichrichterschaltung 60 einen Vollwellenbrückengleichrichter 61 und ein Spannungsstabilisator (auch als Spannungsstabilisierungseinheit bezeichnet) 62, der (die) zwischen Ausgangsanschlüsse des Vollwellenbrückengleichrichters 61 geschaltet ist. Der Vollwellenbrückengleichrichter 61 ist konfiguriert für die Umwandlung eines von der Wechselstromversorgung 70 ausgegebenen Wechselstroms in einen Gleichstrom, und der Spannungsstabilisator 62 ist konfiguriert für die Stabilisierung der von dem Vollwellenbrückengleichrichter 61 ausgegebenen Gleichstromspannung innerhalb eines vorgegebenen Wertebereichs.
-
8 zeigt eine Beispielschaltung der Gleichrichterschaltung 60. Der Spannungsstabilisator 62 enthält eine Zenerdiode 621, die zwischen zwei Ausgangsanschlüsse des Vollwellenbrückengleichrichters 61 geschaltet ist. Der Vollwellenbrückengleichrichter 61 hat eine erste Diode 611 und eine zweite Diode 612, die in Reihe geschaltet sind, und eine dritte Diode 613 und eine vierte Diode 614, die in Reihe geschaltet sind. Ein gemeinsamer Anschluss der ersten Diode 611 und der zweiten Diode 612 ist mit dem ersten Eingangs-Port VAC+ elektrisch verbunden, und ein gemeinsamer Anschluss der dritten Diode 613 und der vierten Diode 614 ist mit dem zweiten Eingangs-Port VAC– elektrisch verbunden.
-
Ein gemeinsamer Anschluss eines Eingangsanschlusses der ersten Diode 611 und eines Eingangsanschlusses der dritten Diode 613 bildet einen Erdungsausgangsanschluss des Vollwellenbrückengleichrichters. Ein gemeinsamer Anschluss eines Ausgangsanschlusses der zweiten Diode 612 und eines Ausgangsanschlusses der vierten Diode 614 bildet einen Spannungsausgangsanschluss VDD des Vollwellenbrückengleichrichters. Die Zenerdiode 621 ist zwischen den gemeinsamen Anschluss der zweiten Diode 612 und der vierten Diode 614 und den gemeinsamen Anschluss der ersten Diode 611 und der dritten Diode 613 geschaltet. In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann ein Leistungsanschluss der Ausgangssteuerschaltung 30 mit dem Spannungsausgangsanschluss des Vollwellenbrückengleichrichters 61 elektrisch verbunden sein kann.
-
In einer Ausführungsform der Erfindung, die in 9 gezeigt ist und die auf den vorstehenden Ausführungsformen basiert, enthält die Magnetfelderfassungsschaltung 20: ein Magnetfelderfassungselement 21, das für eine Erfassung des externen Magnetfelds und für dessen Umwandlung in ein elektrisches Signal konfiguriert ist; eine Signalverarbeitungseinheit 22, die für eine Verstärkung und Entschlüsselung des elektrischen Signals konfiguriert ist; und eine Analog/Digital-Umwandlungseinheit 23, die für eine Umwandlung des verstärkten und entschlüsselten elektrischen Signals in die Magnetfelderfassungsinformation konfiguriert ist, die ein umschaltbares Digitalsignal für eine Anwendung sein kann, die lediglich die Erkennung einer Polarität des externen Magnetfelds erfordert. Das Magnetfelderfassungselement 21 kann bevorzugt ein Hall-Plättchen sein.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Häufigkeit des Auftretens des ersten Zustands oder des zweiten Zustands proportional zu einer Frequenz der Wechselstromversorgung, wenn der Eingangs-Port einen ersten Eingangs-Port und einen zweiten Eingangs-Port umfasst, die für die Verbindung einer externen Wechselstromversorgung mit der magnetsensorintegrierten Schaltung konfiguriert sind, wobei die Erfindung hier keine Einschränkungen vorsieht.
-
Es folgt die Beschreibung der magnetsensorintegrierten Schaltung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Zusammenhang mit einer bestimmten Anwendung.
-
Wie in 10 gezeigt ist, ist ferner eine Motoranordnung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen. Die Motoranordnung umfasst: einen Motor 200, der durch eine Wechselstromversorgung 100 gespeist wird; einen Zweirichtungsschalter 300, der mit dem Motor 200 in Reihe geschaltet ist; und die magnetsensorintegrierte Schaltung 400 gemäß einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen. Der Ausgangs-Port der magnetsensorintegrierten Schaltung 400 ist mit einem Steueranschluss des Zweirichtungsschalters 300 elektrisch verbunden. Der Zweirichtungsschalter 300 kann bevorzugt ein Trioden-Wechselstrom-Halbleiterschalter (TRIAC) sein. Es versteht sich, dass der Zweirichtungsschalter auch durch einen anderen geeigneten Schalter implementiert sein kann. Der Zweirichtungsschalter kann zum Beispiel zwei antiparallel geschaltete siliziumgesteuerte Gleichrichter und eine Steuerschaltung umfassen, die ausgebildet ist für eine Steuerung der beiden siliziumgesteuerten Gleichrichter in einer vorgegebenen Weise, basierend auf dem Ausgangssignal von dem Ausgangs-Port der magnetsensorintegrierten Schaltung.
-
Vorzugsweise enthält die Motoranordnung ferner eine Spannungsreduzierschaltung 500, die konfiguriert ist für eine Reduzierung einer Spannung der Wechselstromversorgung 100 und für die Bereitstellung der reduzierten Spannung an die magnetsensorintegrierte Schaltung 400. Die magnetsensorintegrierte Schaltung 400 ist in der Nähe eines Läufers des Motors 200 angeordnet, um eine Änderung des Magnetfelds des Läufers zu erfassen.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf der vorstehenden Ausführungsform basiert, ist der Motor ein Synchronmotor. Es versteht sich, dass die erfindungsgemäße Antriebsschaltung nicht nur bei einem Synchronmotor verwendet wird, sondern auch bei Permanentmotoren eines anderen Typs. Wie 11 zeigt, hat der Synchronmotor einen Ständer und einen Läufer 11, der sich relativ zu dem Ständer drehen kann. Der Ständer hat einen Ständerkern 12 und eine Ständerwicklung 16, die um den Ständerkern 12 herumgeführt ist. Der Ständerkern 12 kann aus weichmagnetischen Werkstoffen hergestellt sein, zum Beispiel aus reinem Eisen, aus Gusseisen, aus Gussstahl, aus Elektrostahl und aus Siliziumstahl. Der Läufer 11 enthält einen Permanentmagnet. Der Läufer 11 arbeitet mit einer konstanten Drehgeschwindigkeit von 60 f/p (U/min) während einer Dauerbetriebsphase, wenn die Ständerwicklung 16 mit einer Wechselstromversorgung in Reihe geschaltet ist, wobei f eine Frequenz der Wechselstromversorgung und p die Anzahl von Polpaaren des Läufers angibt. In der Ausführungsform hat der Ständerkern 12 zwei einander gegenüberliegende Pole 14. 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 einheitlicher Luftspalt 13 gebildet. Der Begriff ”im Wesentlichen einheitlicher Luftspalt” in der vorliegenden Beschreibung bedeutet, dass in dem Großteil des Raums zwischen dem Ständer und dem Läufer ein einheitlicher Luftspalt 13 gebildet ist und dass ein nicht einheitlicher 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 anstelle der Startnut 17 kann ein Teil des Polbogens 15 konzentrisch zu dem Läufer sein. Mit vorstehend beschriebener Konfiguration kann das nicht einheitliche Magnetfeld gebildet werden. Eine Polachse S1 des Läufers hat einen Neigungswinkel relativ zu der zentralen Achse S2 des Pols des Ständers, 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 Anlaufdrehmoment 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. Es versteht sich, 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 versteht sich auch, dass alternativ eine andere Art eines uneinheitlichen Luftspalts zwischen dem Läufer und dem Ständer gebildet sein kann.
-
In einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auf der vorstehenden Ausführungsformen basiert, ist die Ausgangssteuerschaltung 30 konfiguriert für eine Steuerung des Zweirichtungsschalters 300 derart, dass der Zweirichtungsschalter aktiviert wird, wenn sich die Wechselstromversorgung 100 in einem positiven Halbzyklus befindet und die Polarität eines durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfassten Magnetfelds des Permanentläufers die erste Polarität ist oder wenn sich die Wechselstromversorgung 100 in einem negativen Halbzyklus befindet und die Polarität eines durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfassten Magnetfelds des Permanentläufers die zur ersten Polarität entgegengesetzte zweite Polarität ist, oder für eine Steuerung derart, dass der Zweirichtungsschalter 300 deaktiviert wird, wenn sich die Wechselstromversorgung 100 in einem negativen Halbzyklus befindet und die Polarität eines durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfassten Magnetfelds des Permanentläufers die erste Polarität ist oder wenn sich die Wechselstromversorgung 100 in einem positiven Halbzyklus befindet und die Polarität eines durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfassten Magnetfelds des Permanentläufers die zur ersten Polarität entgegengesetzte zweite Polarität ist.
-
Vorzugsweise ist die Ausgangssteuerschaltung 30 konfiguriert für eine Steuerung eines Stroms derart, dass der Strom von der integrierten Schaltung zu dem Zweirichtungsschalter 300 fließt, wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebenes Signal in einem positiven Halbzyklus befindet und die Polarität eines durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfassten Magnetfelds des Permanentläufers die erste Polarität ist, oder für eine Steuerung eines Stroms derart, dass der Strom von dem Zweirichtungsschalter 300 zu der integrierten Schaltung fließt, wenn sich ein von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebenes Signal in einem negativen Halbzyklus befindet und die Polarität eines durch die Magnetfelderfassungsschaltung 20 erfassten Magnetfelds des Permanentläufers eine zur ersten Polarität entgegengesetzte zweite Polarität ist. Es versteht sich, dass der aus der integrierten Schaltung und in die integrierte Schaltung fließende Strom die Situation einschließt, in welcher ein Laststrom über die gesamten Zeitspanne hindurchfließt, und die Situation, in welcher ein Laststrom nur während eines Teils der Zeitspanne hindurchfließt, wenn der Permanentläufer die erste Polarität aufweist und die Wechselstromversorgung sich in einem positiven Halbzyklus befindet oder wenn der Permanentläufer die zweite Polarität aufweist und die Wechselstromversorgung sich in einem negativen Halbzyklus befindet.
-
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Zweirichtungsschalter 300 als Trioden-Wechselstrom-Halbleiterschalter (TRIAC) ausgeführt, die Gleichrichterschaltung 60 ist als eine Schaltung ausgeführt, wie sie in 8 gezeigt ist, und die Ausgangssteuerschaltung ist als eine Schaltung ausgeführt, wie sie in 4 gezeigt ist. Ein Stromeingangsanschluss des ersten Schalters 31 in der Ausgangssteuerschaltung 30 ist mit einem Spannungsausgangsanschluss des Vollwellenbrückengleichrichters 61 verbunden, und ein Stromausgangsanschluss des zweiten Schalters 32 ist mit einem Erdungsausgangsanschluss des Vollwellenbrückengleichrichters 61 verbunden. In einem positiven Halbzyklus eines von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebenen Signals und wenn die Magnetfelderfassungsschaltung 20 einen niedrigen Pegel ausgibt, wird in der Steuerschaltung 30 der erste Schalter 31 aktiviert und der zweite Schalter 32 deaktiviert, und es fließt ein Strom durch die Wechselstromversorgung 100, den Motor 200, einen ersten Eingangsanschluss der integrierten Schaltung 400, eine Spannungsreduzierschaltung, einen Ausgangsanschluss der zweiten Diode 612 des Vollwellenbrückengleichrichters 61, den ersten Schalter 31 der Ausgangssteuerschaltung 30 zu dem Zweirichtungsschalter 300 und wiederum von dem Ausgangs-Port zum dem Zweirichtungsschalter 300 und zurück zu der Wechselstromversorgung 100. Wenn der TRIAC angeschaltet wird, wird ein serieller Zweig, der durch die Spannungsreduzierschaltung 500 und die magnetsensorintegrierte Schaltung 400 gebildet wird, kurzgeschlossen, die magnetsensorintegrierte Schaltung 400 stoppt die Ausgabe, weil keine Versorgungsspannung vorhanden ist, und der TRIAC ist immer noch angeschaltet, wenn kein Ansteuerungsstrom zwischen einer Steuerelektrode und einer ersten Anode des TRIAC 300 vorhanden ist, da ein zwischen den beiden Anoden des TRIAC 300 fließender Strom ausreichend hoch ist (höher als sein Haltestrom). Wenn sich das von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebene Signal in einem negativen Halbzyklus befindet und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 einen hohen Pegel ausgibt, wird der erste Schalter 31 deaktiviert und der zweite Schalter 32 aktiviert und der Strom fließt aus Wechselstromversorgung 100 aus, fließt von dem Zweirichtungsschalter 300 durch den zweiten Schalter 32 der Ausgangssteuerschaltung 30, den Erdungsausgangsanschluss und die erste Diode 611 des Vollwellenbrückengleichrichters 61, den ersten Eingangsanschluss der integrierten Schaltung 400, den Motor 200 zu dem Ausgangs-Port und zurück zu der Wechselstromversorgung 100. Wenn der TRIAC 300 angeschaltet ist, stoppt die magnetsensorintegrierte Schaltung 400 ähnlich die Ausgabe, da sie kurzgeschlossen wurde, und der TRIAC kann weiter angeschaltet sein. Wenn sich das von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebene Signal in dem positiven Halbzyklus befindet und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 einen hohen Pegel ausgibt oder wenn sich das von der Wechselstromversorgung 100 ausgegebene Signal in dem negativen Halbzyklus befindet und die Magnetfelderfassungsschaltung 20 einen niedrigen Pegel ausgibt, können der erste Schalter 31 und der zweite Schalter 32 in der Ausgangssteuerschaltung 30 auch nicht aktiviert werden und der TRIAC 300 wird abgeschaltet. Auf diese Weise kann die Ausgangssteuerschaltung 30 die integrierte Schaltung basierend auf der Polarität der Wechselstromversorgung 100 und basierend auf der Magnetfelderfassungsinformation steuern, so dass die integrierte Schaltung den Zweirichtungsschalter 300 zum Umschalten zwischen einem Aktivierungszustand und einem Deaktivierungszustand in einer vorgegeben Weise steuert, wodurch ein Erregungsmodus der Ständerwicklung 16 derart gesteuert wird, dass ein durch den Ständer erzeugtes geändertes Magnetfeld zu einer Position des Magnetfelds des Läufers passt und den Läufer mitschleppt, so dass sich der Läufer in einer einzigen Richtung dreht, wodurch ermöglicht wird, dass sich der Läufer jedes Mal, wenn der Motor angeschaltet wird, in einer feststehenden Richtung dreht.
-
Bei einer Motoranordnung gemäß einer weiteren Ausführungsform kann ein erster serieller Zweig durch den Motor und den Zweirichtungsschalter gebildet werden, und ein zweiter serieller Zweig kann durch die Spannungsreduzierschaltung und die magnetsensorintegrierte Schaltung gebildet werden und mit dem ersten seriellen Zweig zwischen den beiden Anschlüssen der Wechselstromversorgung parallelgeschaltet sein. Der Ausgangs-Port der magnetsensorintegrierten Schaltung ist mit Zweirichtungsschalter verbunden, um den Zweirichtungsschalter zum Umschalten zwischen einem aktiven Zustand und einem inaktiven Zustand in einer vorgegebenen Weise zu steuern, wodurch der Erregungsmodus der Ständerwicklung gesteuert wird.
-
Die Motoranordnung gemäß der Ausführungsform der Erfindung kann bei einer Pumpe, einem Gebläse, einem Haushaltsgerät und einem Fahrzeug angewendet werden, ohne Beschränkung hierauf. Dabei kann das Haushaltsgerät zum Beispiel eine Waschmaschine, ein Geschirrspüler, ein Dunstabzug oder ein Abzugsgebläse sein.
-
Wenngleich die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung am Beispiel der Verwendung der integrierten Schaltung in einem Motor beschrieben wurden, ist das Anwendungsgebiet der integrierten Schaltung gemäß der Erfindung vorliegend nicht begrenzt.
-
Es sollte beachtet werden, dass die Elemente in der vorliegenden Beschreibung schrittweise erläutert wurden, wobei bei jedem Element die Unterschiede zu den anderen Elementen herausgestellt wurden und wobei sich gleiche oder ähnliche Elemente aufeinander beziehen können.
-
Ebenso sollte beachtet werden, dass Beziehungsbegriffe wie ”erste/r/s”, ”zweite/r/s” 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 keine ausschließlichen Begriffe, 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 ausdrückliche anderweitige Einschränkung ist der Begriff ”enthaltend bzw. 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.
-
Die Erfindung wurde anhand der vorstehenden Ausführungsformen erläutert. 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, mit den vorliegend beschriebenen Prinzipien und neuartigen Merkmalen zu vereinbarenden Schutzumfang entspricht.
