JP2017077156A - モータ、モータ駆動に用いられる駆動回路及び集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】モータ及びモータ駆動に用いられる駆動回路及び集積回路を提供する。【解決手段】前記駆動回路は可制御双方向交流スイッチ、センサ、回転方向制御回路及びスイッチ制御回路を含み、前記可制御双方向交流スイッチと固定子巻線は交流電源の両端に直列接続され、センサは回転子の磁極位置を検出するのに用いられ、前記回転方向制御回路は前記センサの電源端子及び接地端子に接続され、モータの回転方向設定に基づいて前記センサの電源端子及び接地端子を流れる電流方向を制御し、それにより前記センサの出力端子が出力する検出信号の位相を制御するのに用いられ、前記スイッチ制御回路は受信した検出信号と前記交流電源の極性情報に基づいて前記可制御双方向交流スイッチの導通状態を制御することでモータの回転方向を制御する。前記モータ駆動回路は構造が簡単で汎用性が高い。【選択図】図３

Description

本発明はモータ制御の分野に関し、特にモータ、モータ駆動回路及びモータ駆動に用いられる集積回路に関する。

モータは、電磁誘導の法則によって電気エネルギーの変換または伝達を実現する電磁装置である。その主要な作用は駆動トルクを発生させて、電気機器または各種機械の使用における動力源とすることである。単相永久磁石モータは操作が簡単で、制御が簡便であるため、各種電気機器製品に広く応用されている。しかし現在市場に出ているモータには正逆転の制御回路構造が複雑なものがあり、さらにモータの回路板に設置されたジャンパによってモータの正逆転を制御するものもあるが、操作があまり便利ではない。

そこで、構造が簡単な、モータの正逆転を制御するモータ駆動回路、集積回路及び当該モータ駆動回路を応用したモータを提供する必要がある。

本実用新案の実施例は、モータの回転子を固定子に対して回転するように駆動するためのモータ駆動回路を提供し、前記モータ駆動回路は、
交流電源の２つの端子間でモータ巻線に直列接続される可制御双方向交流スイッチと、
前記モータの前記回転子の磁極位置を検出するためのセンサであって、電源端子、接地端子及び出力端子を含み、その出力端子から検出信号を出力する、センサと、
前記センサの電源端子及び接地端子に接続され、モータの回転方向設定に基づき、前記センサの電源端子及び接地端子を流れる電流の方向を制御し、それにより前記センサの出力端子が出力する検出信号の位相を制御するための回転方向制御回路と、
前記センサの出力端子に接続され、検出信号及び前記交流電源の極性に基づいて、前記可制御双方向交流スイッチの導通状態を制御することでモータの回転方向を制御するように構成されているされているスイッチ制御回路と、
を含む。

一つの好ましい解決手段として、前記センサはホールプレート及び信号増幅器を含むホールセンサであり、前記ホールプレートは二つの励磁電流端子及び二つのホール起電力出力端子を含み、二つの励磁電流端子はそれぞれ前記ホールセンサの電源端子及び接地端子となり、前記信号増幅器の入力端子は前記二つのホール起電力出力端子に接続され、前記信号増幅器の出力端子はホールセンサの出力端子に接続される。

一つの好ましい解決手段として、モータが特定方向に回転する時、前記回転方向制御回路は前記ホールセンサを流れる電流を、ホールセンサの電源端子から流入しホールセンサの接地端子から流出するように制御し、モータが前記特定方向と逆の方向に回転する時、前記回転方向制御回路は前記ホールセンサを流れる電流を、ホールセンサの接地端子から流入しホールセンサの電源端子から流出するように制御する。

一つの好ましい解決手段として、前記回転方向制御回路は第一スイッチ及び第二スイッチを含み、前記第一及び第二スイッチはいずれも第一から第三端子及び制御端子を含み、前記第一スイッチの制御端子はモータの回転方向を制御する第一回転方向設定信号を受信するのに用いられ、前記第二スイッチの制御端子はモータの回転方向を制御する第二回転方向設定信号を受信するのに用いられ、前記第一スイッチの第一端子は前記ホールセンサの電源端子に接続され、前記第一スイッチの第二端子は直流動作電圧を受信し、前記第一スイッチの第二端子は前記第二スイッチの第二端子に接続され、前記第一スイッチの第三端子は前記第二スイッチの第三端子に接続されると共に接地され、前記第二スイッチの第一端子は前記ホールセンサの接地端子に接続される。

一つの好ましい解決手段として、前記回転方向制御回路はいずれも一つの回転方向設定信号により制御される第一スイッチ及び第二スイッチを含み、前記第一及び第二スイッチはいずれも第一から第三端子を含み、前記第一スイッチの第一端子は前記ホールセンサの電源端子に接続され、前記第一スイッチの第二端子は前記第二スイッチの第三端子に接続されると共に接地され、前記第一スイッチの第三端子は前記第二スイッチの第二端子に接続され、さらに直流動作電圧を受信し、前記第二スイッチの第一端子は前記ホールセンサの接地端子に接続される。

本実用新案の実施例はさらにモータ駆動のための集積回路を提供し、前記集積回路は筐体にパッケージされた半導体基板を含み、その特徴は、前記半導体基板にセンサ、スイッチ制御回路及び回転方向制御回路が集積され、
前記センサはモータの回転子の磁極位置を検出するのに用いられ、前記センサは電源端子、接地端子及び出力端子を含み、かつその出力端子から検出信号を出力し、
前記回転方向制御回路は前記センサの電源端子及び接地端子に接続され、モータの回転方向設定に基づいて、前記センサの電源端子及び接地端子を流れる電流の方向を制御し、それにより前記センサの出力端子が出力する検出信号の位相を制御するのに用いられ、
前記スイッチ制御回路は前記センサの出力端子に接続され、受信した検出信号及び前記モータを駆動する交流電源の極性情報に基づいて、モータ巻線とともに前記交流電源の両端に直列接続された可制御双方向交流スイッチの導通状態を制御し、それによりモータの回転方向を制御するように配置されていることである。

好ましくは、前記センサはホールプレートと信号増幅器を含むホールセンサであり、前記ホールプレートは二つの励磁電流端子及び二つのホール起電力出力端子を含み、二つの励磁電流端子はそれぞれ前記ホールセンサの電源端子及び接地端子となり、前記信号増幅器の入力端子は前記二つのホール起電力出力端子に接続され、前記信号増幅器の出力端子はホールセンサの出力端子に接続される。

好ましくは、前記半導体基板にさらに、少なくとも前記回転方向制御回路に直流電圧を提供する整流器及び／または前記可制御双方向交流スイッチが集積されている。

本実用新案の実施例はさらに、上記いずれか一つのモータ駆動回路または集積回路を含むモータを提供する。

一つの好ましい解決手段として、前記モータの回転子は永久磁石回転子であり、前記モータの固定子は固定子鉄心及び固定子鉄心に巻き付けられた固定子巻線を含む。

本実用新案の実施例が提供するモータ駆動回路は、回転子の磁極位置及びモータの回転方向設定に基づいて、前記センサの電源端子及び接地端子を流れる電流の方向を制御し、それにより前記センサの出力端子から出力される検出信号の位相を制御することでモータの回転方向を制御する。前記モータ駆動回路は構造が簡単で、汎用性が高い。

本発明の一実施例の単相永久磁石モータである。 本発明の一実施例の単相永久磁石モータの回路原理図である。 図２におけるモータ駆動回路の実現方式の回路ブロック図である。 図２におけるモータ駆動回路の実現方式の回路ブロック図である。 図３におけるモータ駆動回路の回路図である。 図５における回転方向制御回路の第一の実施例の回路図である。 図５における回転方向制御回路の第一の実施例の回路図である。 ホールセンサの動作原理図である。 図５における回転方向制御回路の第二の実施例の回路図である。 図５における回転方向制御回路の第二の実施例の回路図である。 モータ駆動回路におけるスイッチ制御回路の他の実施例の回路図である。 モータ駆動回路におけるスイッチ制御回路の他の実施例の回路図である。 本発明の実施例のモータのプリント回路基板の概略図である。 本発明の実施例のモータのプリント回路基板の概略図である。

以下に本発明の実施例における図面を参照して、本発明の実施例の技術的解決手段を明晰かつ完全に説明する。もちろん、説明される実施例は本発明の一部の実施例に過ぎず、すべての実施例ではない。本発明の実施例に基づき、当業者が創造的な労働を行わずに得られるすべての他の実施例は、いずれも本実用新案の保護範囲に属する。図面は参考と説明のためのみに提供され、本実用新案に対して制限を加えるために用いられるものではないと理解できる。図面で示された接続は明晰な説明のためのものに過ぎず、接続方式を限定するものではない。

説明が必要なのは、一つの構成部品がもう一つの構成部品に「接続」されると考えられる場合、それは直接もう一つの構成部品に接続される場合もあるし、同時に仲介する構成部品が存在する可能性もあるということである。別途定義された場合を除き、本文書で使用されるすべての技術用語及び科学用語は、本実用新案の技術分野に属する技術者が通常理解する意味と同じである。本文書において本実用新案の明細書で使用する用語は、具体的な実施例を説明するという目的のためのみのものであり、本実用新案を制限するためのものではない。

図１は本発明の一実施例の単相永久磁石モータである。モータ１０は固定子及び固定子に対して回転可能な回転子１１を含む。固定子は固定子鉄心１２及び固定子鉄心１２に巻き付けられた固定子巻線１６を備える。固定子鉄心は純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電炉鋼、珪素鋼、フェライトなどの軟磁性材料から製造できる。回転子１１は永久磁石回転子であり、固定子巻線１６が交流電源２４（図２を参照）と直列接続された時、回転子１１は安定状態で６０ｆ／ｐ回／分の回転速度で定速運転し、ここでｆは交流電源の周波数であり、ｐは回転子の極対数である。本実施例では、固定子鉄心１２は二つの対向する磁極片１４を備える。各磁極片１４は磁極弧１５を備え、回転子１１の外面と磁極弧１５は対向し、両者の間にはほぼ均一なエアギャップ１３が形成される。本出願で言うほぼ均一なエアギャップとは、固定子と回転子の間の大部分が均一なエアギャップを形成し、比較的少ない部分のみが均一ではないエアギャップであることを指す。好適には、固定子の磁極片の磁極弧１５に内側にくぼんだ起動溝１７が設けられ、磁極弧１５の起動溝１７以外の部分は回転子と同心になっている。上記配置は不均一な磁場を形成でき、回転子が静止時にその極軸Ｓ１が固定子の磁極片１４の中心軸Ｓ２に対して、ある角度だけ傾斜することを保証し、モータがモータ駆動回路１８の作用下で、通電するたびに回転子１１が起動トルクを持つことを許容する。ここで回転子の極軸Ｓ１は、回転子の二つの極性が異なる磁極の間の境界線を指し、固定子の磁極片１４の中心軸Ｓ２は、固定子の二つの磁極片１４の中心を通る連結線を指す。本実施例において、固定子と回転子はいずれも二つの磁極を備える。ただし、本発明においては、固定子と回転子の磁極数は等しくなくてもよく、かつ四つ、六つなど、さらに多くの磁極を有してもよいことが理解できるだろう。

図２は本発明の別の実施例の単相永久磁石同期モータ１０の回路原理図である。モータ１０の固定子巻線１６とモータ駆動回路１８は交流電源２４の両端に直列接続されている。モータ駆動回路１８はモータの正逆転を制御する。交流電源２４は商用交流電源２２０ボルト、２３０ボルトなどでもよく、インバータが出力する交流電力でもよい。

図３はモータ駆動回路１８の実現方式のブロック図である。モータ駆動回路１８は検出回路２０、整流器２８、可制御双方向交流スイッチ２６、スイッチ制御回路３０及び回転方向制御回路６０を含む。モータの固定子巻線１６と可制御双方向交流スイッチ２６は交流電源２４の両端の間に直列接続されている。整流器２８の第一入力端子Ｉ１は抵抗Ｒ０を介して固定子巻線１６及び可制御双方向交流スイッチ２６の間のノードに接続され、整流器２８の第二入力端子Ｉ２は可制御双方向交流スイッチ２６と交流電源２４の接続ノードに接続され、交流電源を直流電流に変換すると共に回転方向制御回路６０に供給するのに用いられ、検出回路２０はモータの回転子１１の磁極位置を検出すると共に、その出力端子から対応する５Ｖ、０Ｖなどの磁極位置信号を出力するのに用いられる。検出回路２０は好適にはホールセンサ２２であり、具体的にモータ１０に応用される場合、ホールセンサ２２はモータの回転子１１に近接して設置される。ホールセンサ２２は電源端子ＶＣＣ、接地端子ＧＮＤ及び出力端子Ｈ１を含み（図５参照）、出力端子Ｈ１は回転子の磁極位置を示す検出信号を出力する。

回転方向制御回路６０はホールセンサ２２に接続され、モータの回転方向設定に基づいてホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣ及び接地端子ＧＮＤを流れる電流の方向を制御し、それによりホールセンサ２２の出力端子Ｈ１から出力される検出信号の位相を制御するように配置される。スイッチ制御回路３０はホールセンサ２２の出力端子Ｈ１に接続され、受信した検出信号及び交流電源の極性情報に基づいて、可制御双方向交流スイッチ２６の導通及び切断状態の間の切り替えを制御し、それによりモータの正転または逆転を制御する。図４を参照すると、他の実施例において、整流器２８の第一入力端子Ｉ１も抵抗Ｒ０を介して固定子巻線１６と交流電源２４との間のノードに接続することができ、整流器２８の第二入力端子Ｉ２は交流電源２４と可制御双方向交流スイッチ２６の別のノードに接続されている。

図３におけるモータ駆動回路１８の第一実施例の具体的な回路図である図５を参照されたい。

整流器２８は四つのダイオードＤ２〜Ｄ５を含む。ダイオードＤ２の陰極はダイオードＤ３の陽極に接続し、ダイオードＤ３の陰極は前記ダイオードＤ４の陰極に接続し、ダイオードＤ４の陽極はダイオードＤ５の陰極に接続し、ダイオードＤ５の陽極はダイオードＤ２の陽極に接続している。ダイオードＤ２の陰極は整流器２８の第一入力端子Ｉ１として、抵抗Ｒ０を介してモータの固定子巻線１６に接続されている。抵抗Ｒ０は降圧変圧器となる。ダイオードＤ４の陽極は整流器２８の第二入力端子Ｉ２として交流電源２４に接続されている。ダイオードＤ３の陰極は整流器２８の第一出力端子Ｏ１として、回転方向制御回路６０、スイッチ制御回路３０に接続され、第一出力端子Ｏ１は比較的高い直流動作電圧ＶＤＤを出力する。ダイオードＤ５の陽極は前記整流器２８の第二出力端子Ｏ２として回転方向制御回路６０に接続され、第二出力端子Ｏ２は第一出力端子の電圧より低い電圧を出力する。整流器２８の第一出力端子Ｏ１及び第二出力端子Ｏ２の間にはツェナーダイオードＺ１が接続され、ツェナーダイオードＺ１の陽極は第二出力端子Ｏ２に接続され、ツェナーダイオードＺ１の陰極は第一出力端子Ｏ１に接続されている。

スイッチ制御回路３０は第一〜第三端子を含み、第一端子は整流器２８の第一出力端子に接続され、第二端子はホールセンサ２２の出力端子Ｈ１に接続され、第三端子は可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子に接続されている。スイッチ制御回路３０は抵抗Ｒ２、ＮＰＮトランジスタＱ１、及びホールセンサ２２の出力端子Ｈ１及び可制御双方向交流スイッチ２６の間に直列接続されたダイオードＤ１と抵抗Ｒ１を含む。ダイオードＤ１の陰極は第二端子としてホールセンサ２２の出力端子Ｈ１に接続されている。抵抗Ｒ２の一端は整流器２８の第一出力端子Ｏ１に接続され、他端は前記ホールセンサ２２の出力端子Ｈ１に接続されている。ＮＰＮトランジスタＱ１のベース電極はホールセンサ２２の出力端子Ｈ１に接続され、エミッタはダイオードＤ１の陽極に接続され、集電極は第一端子として整流器２８の第一出力端子Ｏ１に接続され、抵抗Ｒ１のダイオードＤ１と接続されない一端は第三端子となる。

可制御双方向交流スイッチ２６は好適にはトライアック（ＴＲＩＡＣ）であり、その二つの陽極Ｔ１、Ｔ２はそれぞれ交流電源２４及び固定子巻線１６に接続され、その制御格子Ｇはスイッチ制御回路３０の第三端子に接続されている。可制御双方向交流スイッチ２６は、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、シリコン制御整流器、トライアック、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、サイリスタ、オプトカプラのうちの一つまたは複数で構成された、電流を双方向に流すことができる電子スイッチを含むことができるということが理解されるだろう。例えば二つの金属酸化物半導体電界効果トランジスタで可制御双方向交流スイッチを組み立てることができ、二つのシリコン制御整流器で可制御双方向交流スイッチを組み立てることができ、二つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタで可制御双方向交流スイッチを組み立てることができ、二つのバイポーラ接合トランジスタで可制御双方向交流スイッチを組み立てることができる。

スイッチ制御回路３０は、交流電源が正の半サイクルで、その第二端子が第一レベルを受信した時、または前記交流電源が負の半サイクルで、その第二端子が第二レベルを受信した時に、可制御双方向交流スイッチ２６を導通させ、交流電源が負の半サイクルで、その第二端子が第二レベルを受信した時、または交流電源が正の半サイクルで、その第二端子が第一レベルを受信した時に、可制御双方向交流スイッチ２６は導通しないように配置される。好適には、第一レベルは論理ハイレベルであり、第二レベルは論理ローレベルである。

図６と図７には、回転方向制御回路６０とホールセンサ２２の具体的な回路図が示されており、回転方向制御回路６０は電圧レギュレータ６３、第一スイッチ６１及び第二スイッチ６２を含み、第一及び第二スイッチ６１、６２はいずれも第一から第三端子１〜３及び制御端子Ｃ１を含み、制御端子Ｃ１はモータの正転または逆転を制御する回転方向設定信号を受信するのに用いられ、具体的には、第一スイッチ６１の制御端子Ｃ１は回転方向設定信号ＣＴＲＬ１を受信し、第二スイッチ６２の制御端子Ｃ１は回転方向設定信号ＣＴＲＬ２を受信し、第一スイッチ６１の第一端子１はホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣに接続され、第一スイッチ６１の第二端子２は電圧レギュレータ６３を介して整流器２８の第一出力端子Ｏ１に接続されて、整流器２８が出力する直流動作電圧ＶＤＤを受信し、第一スイッチ６１の第二端子２は第二スイッチ６２の第二端子２に接続され、第一スイッチ６１の第三端子３は第二スイッチ６２の第三端子３に接続され、かつ比較的低い電圧を受信し（例えば整流器の第二出力端子Ｏ２より低い）、第二スイッチ６２の第一端子はホールセンサ２２の接地端子ＧＮＤに接続されている。

ホールセンサ２２が正常に給電される状況、即ち電流がホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣから流入し、ホールセンサ２２の接地端子ＧＮＤから流出する場合、ホールセンサ２２が検出した回転子磁場がＮ極（Ｎｏｒｔｈ）ならば、その出力端子Ｈ１は論理ハイレベルの検出信号を出力し、Ｓ極（Ｓｏｕｔｈ）を検出したならば、その出力端子Ｈ１は論理ローレベルの検出信号を出力する。その他の実施例では、前記ホールセンサ２２が正常に給電される状況で、検出した回転子磁場がＮ極（Ｎｏｒｔｈ）ならば、前記ホールセンサ２２の出力端子Ｈ１は論理ローレベルの磁極位置信号を出力してもよく、Ｓ極（Ｓｏｕｔｈ）を検出したならば、その出力端子Ｈ１は論理ハイレベルの磁極位置信号を出力してもよい。

本発明の実施例において、回転子の磁極位置は変わらず、ホールセンサ２２に流入する電流の方向を変えることでホールセンサ２２が出力する検出信号の位相を変え、さらにホールセンサ２２がスイッチ制御回路３０の第二端子に出力する論理レベルを制御する。ここでその原理について説明する。図８を併せて参照されたい。ホールセンサ２２は磁気センサであり、磁場及びその変化を検出でき、ホールセンサ２２は主として半導体プレート即ちホールプレート（ｈａｌｌ ｐｌａｔｅ）２２０及び信号増幅器２２２を含み、ホールプレート２２０は二つの励磁電流端子Ｍ、Ｎ（それぞれ図５の電源端子ＶＣＣ及び接地端子ＧＮＤに対応する）、二つのホール起電力出力端子Ｃ、Ｄを含み、信号増幅器２２２の二つの入力端子はそれぞれ二つのホール起電力出力端子Ｃ、Ｄに接続され、ホールプレート２２０は磁気誘導強度がＢの磁場に置かれ、磁場方向は下から上に、ホールプレート２２０に垂直であり、図８に示す通りである。励磁電流端子Ｍから励磁電流端子Ｎに向かう電流がホールプレート２２０を流れる時、電流と磁場に垂直な方向に起電力が発生し、二つのホール起電力出力端子Ｃ、Ｄから出力され、信号増幅器２２２は当該ホール起電力に対して増幅を行い、デジタル信号形式の検出信号を生成し、検出信号はホールセンサの出力端子Ｈ１から出力される。磁場方向が変わらなければ、ホールプレート２２０に加えられる電流Ｉの方向が変わり、即ち電流が励磁電流端子Ｎから励磁電流端子Ｍに流れると、ホール起電力を発生する方向は、電流が励磁電流端子Ｍから励磁電流端子Ｎに流れる時の起電力の方向とは逆になり、信号増幅器２２２を介して生成される検出信号は電流が励磁電流端子Ｍから励磁電流端子Ｎに流れる時と１８０度反転する。これに基づき、ホールプレート２２０に提供する電流の方向が反転すると、ホールセンサ２２が出力する検出信号が反転し、それが出力する検出信号は前記スイッチ制御回路３０に出力され、可制御双方向交流スイッチ２６を制御し、モータの回転方向が変わるように制御するのに用いられる。

電磁理論からわかるように、単相永久磁石交流モータについては、固定子巻線１６の電流の方向を変えることでモータ回転子の回転方向を変えることができる。ホールセンサ２２が検知した回転子の極性がＮ極で、固定子巻線１６を流れる交流電源が正の半サイクルである場合、モータは逆転し、例えば反時計回り（ＣＣＷ）で回転する。ホールセンサ２２が検知した回転子の極性がＮ極で、固定子巻線１６を流れる交流電源を負の半サイクルにすれば、モータ回転子は正転して、例えば時計回り（ＣＷ）で回転することが理解できる。本発明の実施例はこの原理によって設計されており、即ちホールセンサ２２が感知した回転子の極性に基づいて固定子巻線１６を流れる電流の方向を調整して、モータの正転と逆転の制御を実現する。

具体的には、図６を参照すると、モータをあらかじめ正転に制御した場合、回転方向設定信号ＣＴＲＬ１が第一レベル、例えば論理ハイレベルであり、第一スイッチ６１の第一端子１が第三端子３に接続され、回転方向設定信号ＣＴＲＬ２が第二レベル、例えば論理ローレベルであり、第二スイッチ６２の第一端子１が第二端子２と接続され、直流動作電圧ＶＤＤは電圧レギュレータ６３を介して変換された後に、第二スイッチ６２を介してホールセンサ２２の接地端子ＧＮＤに流入し、ホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣから流出し、かつ第一スイッチ６１を介して接地し、ホールセンサ２２が回転子の磁極がＮ極であることを検知すると、その出力端子Ｈ１は論理ローレベルを出力し、論理ローレベルはスイッチ制御回路３０の第二端子に出力され、スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１の陰極がローレベルを受信し、トランジスタＱ１が遮断される。交流電源２４が出力する電源が負の半サイクルである場合、負の半サイクルにある電流は可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇ、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して接地され、可制御双方向交流スイッチ２６は導通し、固定子巻線には交流電源の負の半サイクルが流れ、回転子１１は時計回りの回転を起動する。交流電源２４が出力する電源が正の半サイクルである場合、正の半サイクルにある電流はトランジスタＱ１を通過することができず、可制御双方向交流スイッチ２６は切断され、回転子１１は回転しない。

ホールセンサ２２が回転子の磁極がＳ極であることを検知すると、その出力端子Ｈ１は論理ハイレベルを出力し、論理ハイレベルはスイッチ制御回路３０の第二端子に出力され、前記スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１の陰極がハイレベルを受信し、前記トランジスタＱ１が導通する。交流電源２４が正の半サイクルである場合、正の半サイクルにある電流はトランジスタＱ１、抵抗Ｒ１を介して可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇに流入し、可制御双方向交流スイッチ２６は導通し、固定子巻線には交流電源の正の半サイクルが流れ、回転子１１は時計回りに回転する。交流電源２４が出力する電源が負の半サイクルである場合、負の半サイクルにある電流は可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇ及び抵抗Ｒ１を通過することができず、可制御双方向交流スイッチ２６は遮断され、回転子１１は回転しない。

モータをあらかじめ逆転に制御した場合、図７を参照すると、回転方向設定信号ＣＴＲＬ１が第二レベル、即ち論理ローレベルであり、第一スイッチ６１の第一端子１が第二端子２に接続され、回転方向設定信号ＣＴＲＬ２が第一レベル、即ち論理ハイレベルであり、第二スイッチ６２の第一端子１が第三端子３と接続され、直流動作電圧ＶＤＤが提供する電流が第一スイッチ６１を介してホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣに流入し、ホールセンサ２２の接地端子ＧＮＤから流出し、かつ第二スイッチ６２を介して接地され、ホールセンサ２２が回転子の磁極がＮ極であることを検知すると、その出力端子Ｈ１は論理ハイレベルを出力し、論理ハイレベルは前記スイッチ制御回路３０の第二端子に出力され、スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１の陰極が論理ハイレベルを受信し、トランジスタＱ１が導通する。交流電源２４が正の半サイクルである場合、正の半サイクルにある電流はトランジスタＱ１、抵抗Ｒ１を介して可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇに流入し、可制御双方向交流スイッチ２６は導通し、固定子巻線には交流電源の正の半サイクルが流れ、回転子１１は反時計回りに回転する。交流電源２４が出力する電源が負の半サイクルである場合、負の半サイクルにある電流は可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇ及び抵抗Ｒ１を通過することができず、可制御双方向交流スイッチ２６は遮断され、回転子１１は回転しない。

ホールセンサ２２が回転子の磁極がＳ極であることを検知すると、その出力端子Ｈ１は論理ローレベルを出力し、論理ローレベルは前記スイッチ制御回路３０の第二端子に出力され、スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１の陰極がローレベルを受信し、トランジスタＱ１が遮断される。交流電源２４が出力する電源が負の半サイクルである場合、負の半サイクルにある電流は可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇ、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を介して接地され、可制御双方向交流スイッチ２６は導通し、固定子巻線には交流電源の負の半サイクルが流れ、前記回転子１１は反時計回りの回転を起動する。交流電源２４が出力する電源が正の半サイクルである場合、正の半サイクルにある電流はトランジスタＱ１を通過することができず、可制御双方向交流スイッチ２６は遮断され、回転子１１は回転しない。

上に述べた回転子１１が回転しない状況は、モータ起動時の状況を指し、モータの起動が成功した後、可制御双方向交流スイッチ２６が導通しなくても、回転子１１は慣性による回転を保持する。また、回転子１１の回転方向を変える場合は、まずモータの回転子１１の回転を停止させる必要があり、モータの回転子１１の回転を停止させることは簡単に実現できる。例えば、交流電源２４とモータの固定子巻線１６との間に一つのスイッチ（図示せず）を追加し、このスイッチを所定時間遮断すれば、回転子の回転を停止させることができる。

モータの回転方向の設定、回転子の磁極位置及び電源の極性に基づいてモータの正逆転を制御する具体的な状況を下記表１に示す。

上記をまとめると、回転方向制御回路６０はモータの回転方向設定に基づいて、ホールセンサ２２の電源端子及び接地端子を流れる電流の方向を制御し、それによりホールセンサ２２の出力端子Ｈ１がスイッチ制御回路３０に出力する検出信号の位相を制御し、さらに電源の極性に基づいて可制御双方向交流スイッチ２６の導通と遮断の状態を制御することにより、固定子巻線１６に流れる電流の方向を制御し、それによりモータの回転方向を制御する。

図９及び図１０には、本発明の第二の実施例によるモータ駆動回路１８における回転方向制御回路７０及びそれに接続されたホールセンサ２２の回路図が示されている。図９に示す実施例と図６に示す実施例の回路構造はほぼ同じであり、異なる点は以下の通りである。図９に示す実施例では回転方向制御回路７０における第一スイッチ７１及び第二スイッチ７２が一つの回転方向設定信号ＣＴＲＬによって制御され、第一スイッチ７１の第一端子１がホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣに接続され、第一スイッチ７１の第二端子２が第二スイッチ７２の第三端子３に接続され、第一スイッチ７１の第三端子３が第二スイッチ７２の第二端子２に接続され、さらに電圧レギュレータ７３を介して前記整流器２８の第一出力端子Ｏ１に接続されることで直流動作電圧ＶＤＤを受信し、第二スイッチ７２の第一端子１がホールセンサ２２の接地端子ＧＮＤに接続されている。

モータの正転を制御する場合、回転方向設定信号ＣＴＲＬは第一レベル、例えば論理ハイレベルを出力し、前記第一スイッチ７１の第一端子１及び第二端子２が接続され、第二スイッチ７２の第一端子１及び第二端子２が接続され、整流器２８が提供する電源は第二スイッチ７２を介してホールセンサ２２の接地端子ＧＮＤに流入し、ホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣから流出し、第一スイッチ７１を介して接地され、ホールセンサ２２が回転子の磁極がＮ極であると検知すると、その出力端子Ｈ１は論理ローレベルを出力し、論理ローレベルは前記スイッチ制御回路３０の第二端子に出力され、スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１の陰極がローレベルを受信し、交流電源２４が負の半サイクルである場合、負の半サイクルにある電流は可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇ、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１を流れて接地され、可制御双方向交流スイッチ２６は導通し、固定子巻線に交流電源の負の半サイクルが流れ、回転子１１は時計回りに回転する。

モータをあらかじめ逆転に制御した場合、図１０に示すように、回転方向設定信号ＣＴＲＬに第二レベル、例えば論理ローレベルを出力させ、第一スイッチ７１の第一端子１が第三端子３に接続され、第二スイッチ７２の第一端子１が第三端子３に接続され、整流器２８が提供する電源が第一スイッチ７１を介してホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣに流入し、ホールセンサの接地端子ＧＮＤから流出し、かつ第一スイッチ７２を介して接地され、ホールセンサ２２が回転子の磁極がＮ極であることを検知すると、その出力端子Ｈ１は論理ハイレベルを出力し、論理ハイレベルは前記スイッチ制御回路３０の第二端子に出力され、スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１の陰極がハイレベルを受信し、交流電源２４が出力する電源が正の半サイクルである場合、可制御双方向交流スイッチ２６は導通し、固定子巻線には交流電源の正の半サイクルが流れ、回転子１１は反時計回りに回転する。

本発明のスイッチ制御回路は図５に示された回路に限定されず、図１１及び図１２に示された回路であってもよい。

具体的には、図１１に示すように、スイッチ制御回路３０は抵抗Ｒ３、ダイオードＤ６、及び検出回路２０の出力端子と可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇとの間に直列接続された抵抗Ｒ４及びダイオードＤ７を含む。ダイオードＤ７の陰極は前記抵抗Ｒ４に接続され、陽極は可制御双方向交流スイッチの制御格子Ｇに接続されている。抵抗Ｒ３の一端は整流器２８の第一出力端子Ｏ１に接続され、他端はダイオードＤ６の陽極に接続されている。ダイオードＤ６の陰極は可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇに接続されている。

図１２に示すように、スイッチ制御回路３０は抵抗Ｒ３、抵抗Ｒ４、及び前記検出回路２０の出力端子と可制御双方向交流スイッチ２６の制御格子Ｇとの間に逆相直列接続されたダイオードＤ６とダイオードＤ７を含む。ダイオードＤ６とダイオードＤ７の陰極はそれぞれ検出回路２０の出力端子と可制御双方向交流スイッチの制御格子Ｇに接続されている。抵抗Ｒ３の一端は整流器２８の第一出力端子Ｏ１に接続され、他端はダイオードＤ６とダイオードＤ７の陽極の接続点に接続されている。抵抗Ｒ４の両端はそれぞれダイオードＤ６とダイオードＤ７の陰極に接続されている。

当業者には理解できることだが、本発明の実施例に述べられたモータは自動車のウインドウ、事務所や家庭用のブラインドなどの設備の駆動に適している。本発明の実施例に述べられたモータは、永久磁石同期モータ、永久磁石ＢＬＤＣモータなどの永久磁石交流モータであってもよい。本発明の実施例のモータは好適には、単相永久磁石同期モータ、単相永久磁石ＢＬＤＣモータなどの単相永久磁石交流モータである。モータが永久磁石同期モータである場合、外部交流電源は商用電源であり、モータが永久磁石ＢＬＤＣモータである場合、外部交流電源はインバータが出力する交流電源である。

当業者には理解できることだが、モータ駆動回路は集積回路に集積されパッケージされてもよく、例えばＡＳＩＣシングルチップによって実現することができ、回路コストを削減すると共に回路の信頼性を高めることができる。その他の実施例では、実際の状況に合わせて、整流器２８、検出回路２０、回転方向制御回路６０及びスイッチ制御回路３０のすべてまたは一部を集積回路に集積してもよく、例えば集積回路の中に前記回転方向制御回路６０、検出回路２０及びスイッチ制御回路３０だけを集積して、整流器２８、可制御双方向交流スイッチ２６及び降圧変圧器としての抵抗Ｒ０を集積回路の外部に設置してもよい。

本発明はさらに、好適な実施例である、モータ駆動に用いられる集積回路を提供し、集積回路は筐体、前記筐体から延出する複数のピン、及び半導体基板を含み、半導体基板には検出回路２０、スイッチ制御回路３０及び回転方向制御回路６０が集積され、半導体基板は筐体内にパッケージされる。その他の実施例では、半導体基板にさらに整流器２８及び／または可制御双方向交流スイッチ２６を集積してもよい。その他の実施例では、筐体内に別の半導体基板を設置し、可制御双方向交流スイッチを別の半導体基板に設置してもよい。

さらに例えば、設計の必要に応じて、前記モータ駆動回路のすべてを個別素子としてプリント回路基板に設置してもよい。

図１３及び図１４に示すように、モータ駆動回路はプリント回路基板１００に配置され、プリント回路基板１００には整流器２８、可制御双方向交流スイッチ２６、ホールセンサ２２に接続されたスイッチ制御回路３０（図示せず）を備え、プリント回路基板１００にはさらに前記ホールセンサ２２を取り付ける電源差込口１０１、接地差込口１０３及びホールセンサの出力端子差込口１０２が設置され、モータの製造過程において、プリント回路基板１００の配線設計がすでに完成し、かつプリント回路基板１００にモータの正逆転を制御する回転方向制御回路６０、７０が配置されていない場合、ホールセンサ２２が電源端子ＶＣＣを電源差込口１０１に差し込むことで高電圧を受信し、接地端子ＧＮＤを接地差込口１０３に差し込むことで低電圧を受信するという形式でプリント回路基板１００に正常に取り付けられれば、モータの反時計回りの回転を制御でき（図１０を参照）、生産上の必要でモータを時計回りに回転させる必要があれば、ホールセンサ２２をプリント回路基板１００に逆に差し込む、即ちホールセンサの電源端子ＶＣＣを接地差込口１０３に差し込み、ホールセンサの接地端子ＧＮＤを電源差込口１０１に差し込み、ホールセンサ２２の出力端子Ｈ１をホールセンサの出力端子差込口１０２に差し込めば、ホールセンサ２２を流れる電流の方向は逆転し、スイッチ制御回路３０の制御と組み合わさって、モータは時計回りに回転できる。

プリント回路基板１００にホールセンサ２２を取り付けた後、モータは一方向にしか回転できないが、製造の過程において、生産上の必要に対応して、改めて回路の配線設計を行う必要なくモータの逆転の制御を行うことができ、製品の汎用性を高めた。

本発明の実施例が提供するモータ駆動回路は、回転子１１の磁極位置に基づいて、回転方向制御回路６０、７０によって前記ホールセンサ２２の電源端子ＶＣＣ及び接地端子ＧＮＤを流れる電流の方向を制御し、スイッチ制御回路は受信した検出信号に基づき、かつ交流電源の極性を結び付けて、モータの正転と逆転を制御し、例えば回転子１１の磁極位置がＮ極の場合、前記スイッチ制御回路３０が、ホールセンサ２２が正常に給電する時に出力する検出信号、即ち論理ハイレベル信号を受信すると、固定子巻線を交流電源の正の半サイクルの電流が通過するように制御し、モータは反時計回りに回転する。モータの正転をあらかじめ設定した場合、回転子１１の磁極位置がＮ極ならば、スイッチ制御回路３０は固定子巻線１６を交流電源の負のサイクルの電流が流れるように制御し、回転子１１は時計回りに回転する。

逆の回転方向を有する異なる応用に対して駆動モータを提供する必要がある場合は、回転方向設定信号の論理レベルを変更するだけでよく、駆動回路に対してその他の修正を行う必要はなく、モータの駆動回路は構造が簡単で、汎用性が高い。

前記スイッチ６１、６２、７１、７２はさらに、機械スイッチまたは電子スイッチでもよく、前記機械スイッチはリレー、単極双投スイッチ及び単極単投スイッチを含み、前記電子スイッチはソリッドステートリレー、金属酸化物半導体電界効果トランジスタ、シリコン制御整流器、トライアック、絶縁ゲートバイポーラトランジスタ、バイポーラ接合トランジスタ、サイリスタ、オプトカプラなどを含む。

以上に述べた内容は本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を制限するためのものではなく、本発明の考え方及び原則内において行われるすべての修正、均等物による置換及び改善などは、いずれも本発明の保護範囲に含まれるべきである。

１０ モータ
１１ 回転子
１２ 固定子鉄心
１６ 固定子巻線
２４ 交流電源
１４ 磁極片
１５ 磁極弧
１３ エアギャップ
１７ 起動溝
Ｓ１ 極軸
Ｓ２ 中心軸
１８ モータ駆動回路
２０ 検出回路
２８ 整流器
２６ 可制御双方向交流スイッチ
３０ スイッチ制御回路
６０、７０ 回転方向制御回路
Ｄ１〜Ｄ５ ダイオード
Ｉ１ 第一入力端子
Ｒ０、Ｒ１、Ｒ２ 抵抗
Ｉ２ 第二入力端子
Ｏ１ 第一出力端子
Ｏ２ 第二出力端子
２２ ホールセンサ
Ｚ１ ツェナーダイオード
ＶＣＣ 電源端子
ＧＮＤ 接地端子
Ｈ１ 出力端子
６１、７１ 第一スイッチ
６２、７２ 第二スイッチ
ＣＴＲＬ、ＣＴＲＬ１、ＣＴＲＬ２ 回転方向設定信号
Ｑ１ ＮＰＮトランジスタ
Ｔ１、Ｔ２ 陽極
Ｇ 制御格子
５１１、１ 第一端子
５１２、２ 第二端子
５１３、３ 第三端子
６３、７３ 電圧レギュレータ

Claims (10)

1. モータの回転子を固定子に対して回転するように駆動するためのモータ駆動回路であって、
   モータ巻線とともに交流電源の両端に直列接続される可制御双方向交流スイッチと、
   前記回転子の磁極位置を検出するためのセンサであって、電源端子と接地端子と出力端子とを含み、その出力端子から検出信号を出力するセンサと、
   前記センサの電源端子と接地端子とに接続される回転方向制御回路であって、モータの回転方向設定に基づいて前記センサの電源端子と接地端子に流れる電源の方向を制御し、それにより前記センサの出力端子が出力する検出信号の位相を制御するのに用いられる回転方向制御回路と、を含み、
   前記スイッチ制御回路は前記センサの出力端子に接続され、受信した検出信号及び前記交流電源の極性情報に基づいて、前記可制御双方向交流スイッチの導通状態を制御することでモータの回転方向を制御するように配置されている、
   モータ駆動回路。
2. 前記センサはホールプレートと信号増幅器を含むホールセンサであり、前記ホールプレートは二つの励磁電流端子及び二つのホール起電力出力端子を含み、二つの励磁電流端子はそれぞれ前記ホールセンサの電源端子と接地端子となり、前記信号増幅器の入力端子は前記二つのホール起電力出力端子に接続され、前記信号増幅器の出力端子はホールセンサの入力端子に接続されることを特徴とする、
   請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. モータが特定方向に回転する時、前記回転方向制御回路は前記ホールセンサを流れる電流を、ホールセンサの電源端子から流入しホールセンサの接地端子から流出するように制御し、モータが前記特定方向と逆の方向に回転する時、前記回転方向制御回路は前記ホールセンサを流れる電流を、ホールセンサの接地端子から流入しホールセンサの電源端子から流出するように制御することを特徴とする、
   請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記回転方向制御回路は第一スイッチ及び第二スイッチを含み、前記第一及び第二スイッチはいずれも第一から第三端子及び制御端子を含み、前記第一スイッチの制御端子はモータの回転方向を制御する第一回転方向設定信号を受信するのに用いられ、前記第二スイッチの制御端子はモータの回転方向を制御する第二回転方向設定信号を受信するのに用いられ、前記第一スイッチの第一端子は前記ホールセンサの電源端子に接続され、前記第一スイッチの第二端子は直流動作電圧を受信し、前記第一スイッチの第二端子は前記第二スイッチの第二端子に接続され、前記第一スイッチの第三端子は前記第二スイッチの第三端子に接続されると共に接地され、前記第二スイッチの第一端子は前記ホールセンサの接地端子に接続されることを特徴とする、
   請求項３に記載のモータ駆動回路。
5. 前記回転方向制御回路はいずれも一つの回転方向設定信号により制御される第一スイッチ及び第二スイッチを含み、前記第一及び第二スイッチはいずれも第一から第三端子を含み、前記第一スイッチの第一端子は前記ホールセンサの電源端子に接続され、前記第一スイッチの第二端子は前記第二スイッチの第三端子に接続されると共に接地され、前記第一スイッチの第三端子は前記第二スイッチの第二端子に接続され、さらに直流動作電圧を受信し、前記第二スイッチの第一端子は前記ホールセンサの接地端子に接続されることを特徴とする、
   請求項３に記載のモータ駆動回路。
6. モータ駆動に用いられる集積回路であって、筐体にパッケージされた半導体基板を含む集積回路において、
   前記半導体基板にセンサ、スイッチ制御回路及び回転方向制御回路が集積され、
   前記センサはモータの回転子の磁極位置を検出するのに用いられ、前記センサは電源端子、接地端子及び出力端子を含み、かつその出力端子から検出信号を出力し、
   前記回転方向制御回路は前記センサの電源端子及び接地端子に接続され、モータの回転方向設定に基づいて、前記センサの電源端子及び接地端子を流れる電流の方向を制御し、それにより前記センサの出力端子が出力する検出信号の位相を制御するのに用いられ、
   前記スイッチ制御回路は前記センサの出力端子に接続され、受信した検出信号及び前記モータを駆動する交流電源の極性情報に基づいて、モータ巻線とともに前記交流電源の両端に直列接続された可制御双方向交流スイッチの導通状態を制御し、それによりモータの回転方向を制御するように配置されていることを特徴とする、
   モータ駆動に用いられる集積回路。
7. 前記センサはホールプレートと信号増幅器を含むホールセンサであり、前記ホールプレートは二つの励磁電流端子及び二つのホール起電力出力端子を含み、二つの励磁電流端子はそれぞれ前記ホールセンサの電源端子及び接地端子となり、前記信号増幅器の入力端子は前記二つのホール起電力出力端子に接続され、前記信号増幅器の出力端子はホールセンサの入力端子に接続されることを特徴とする、
   請求項６に記載の集積回路。
8. 前記半導体基板にはさらに、少なくとも前記回転方向制御回路に直流電圧を提供する整流器及び／または前記可制御双方向交流スイッチが集積されたことを特徴とする、
   請求項６に記載の集積回路。
9. 請求項１から５のいずれか１項に記載のモータ駆動回路または請求項６から８のいずれか１項に記載の集積回路を含む、モータ。
10. 前記モータの回転子は永久磁石回転子であり、前記モータの固定子は固定子鉄心及び固定子鉄心に巻き付けられた固定子巻線を含むことを特徴とする、
    請求項９に記載のモータ。

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