JP2017216676A - 磁気センサ集積回路、モータ組立体及び応用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】改良された磁気センサ集積回路、モータ組立体及び応用装置を提供する。【解決手段】磁気センサ集積回路は磁界検出回路を含む。磁界検出回路は、外部磁界を検知し、電気検出信号を出力するように構成された磁気検知要素と、電気検出信号上で増幅及び干渉除去を実行し、アナログ信号を発生するように構成された信号処理ユニットと、アナログ電気信号を基準電圧と比較し、外部磁界に対応する磁石検出信号を出力するように構成された比較器とを含む。基準電圧は、磁界検出回路の入力共通モード電圧に基づき発生する。【選択図】図１

Description

[0001] 開示は、電子回路の技術分野に、より詳しくは磁気センサ集積回路に関する。

[0002] 磁気センサ集積回路は、電子製品及び近代産業で広く使用される。磁気センサ集積回路は、外部磁界情報を検出し、検出された情報を電気信号へ変換することができる。

[0003] 一部の磁気センサ集積回路は比較器を備える。比較器は、電気信号を基準電圧と比較して、外部の場の極性を決定するように構成される。従来技術では、比較器の基準電圧は、一般に、磁気センサ集積回路中のパワーモジュールによって一定の基準電圧に基づき発生し、一定の基準電圧は、内部バンドギャップ基準電圧源によって発生する。この場合、磁気センサ集積回路のパワーモジュールは、複雑でありかつ高価である。

[0004] 本開示の第１の態様では、磁気センサ集積回路が提供され、それは、
ハウジングと、
ハウジングの内側に配置された半導体基板と、
半導体基板上に設けた電子回路と、
ハウジングから延び出る出力ポート、及び外部電源に接続するための入力ポートとを備え、
電子回路は磁界検出回路を備え、磁界検出回路は、
外部磁界を検知し、電気検出信号を出力するように構成された磁気検知要素と、
電気検出信号を増幅し、電気検出信号から干渉を除去してアナログ電気信号を発生するように構成された信号処理ユニットと、
アナログ電気信号を基準電圧と比較し、外部磁界に対応する磁石検出信号を出力するように構成された比較器とを備え、
基準電圧は、磁界検出回路の入力共通モード電圧に基づき発生する。

[0005] 磁気検知要素は、定電流源によって給電できることが好ましい。

[0006] 基準電圧は、入力共通モード電圧につれて変動できることが好ましい。

[0007] 基準電圧は、互いに減算される一対の差分基準電圧によって得た高電圧閾値及び低電圧閾値を備えることができ、
アナログ電気信号は一対の差分電圧信号を備えることができ、
比較器は、第１の比較器、第２の比較器及びラッチ論理回路を備えることができ、第１の比較器及び第２の比較器の各々は、４つの入力端子を備え、４つの入力端子は、それぞれ一対の差分基準電圧及び一対の差分電圧信号を受け取り、一対の差分基準電圧は、第１の比較器と比べて第２の比較器に反対に連結され、
第１の比較器は、一対の差分電圧信号間の電圧差と高電圧閾値との間の比較結果を出力するように構成され、
第２の比較器は、電圧差と低電圧閾値との間の比較結果を出力するように構成され、
ラッチ論理回路は、
第１の比較器によって出力される比較結果が、電圧差が高レベルよりも高いことを示す場合、第１のレベルを出力し、
第２の比較器によって出力される比較結果が、電圧差が低レベルよりも低いことを示す場合、第１のレベルと反対である第２のレベルを出力し、
第１の比較器及び第２の比較器によって出力される比較結果が、電圧差が高電圧閾値と低電圧閾値との間にあることを示す場合、変わらない出力状態を維持するように構成されることが好ましい。

[0008] 電気検出信号は磁界信号及び偏差信号を含むことができ、信号処理ユニットは、チョッピングスイッチ、チョッパ増幅器及び低域フィルタを含むことができ、
チョッピングスイッチは、磁気検知要素によって出力される電気検出信号を、ベースバンド周波数内の偏差信号と、チョッピング周波数内の磁界信号とに分離するように構成され、
チョッパ増幅器は、電気検出信号を分割することによって得られる偏差信号及び磁界信号を増幅して、ベースバンド周波数内の増幅された偏差信号及びチョッピング周波数内の増幅された磁界信号を、それぞれチョッピング周波数及びベースバンド周波数へ変換するように構成され、低域フィルタは、チョッピング周波数へ切り換える偏差信号をフィルタに通すように構成されることが好ましい。

[0009] 磁気センサ集積回路はパワーモジュールをさらに備えることができ、パワーモジュールは整流器を備え、整流器は、入力ポートに接続された入力端子を備えることができ、外部電源によって供給される電圧を第１の直流電圧へ変換するように構成できることが好ましい。

[0010] パワーモジュールは、整流器によって出力された第１の直流電圧出力を、第２の直流電圧へ変換するように構成された電圧調整ユニットをさらに備え、第１の直流電圧の平均は、第２の直流電圧の平均よりも大きいことが好ましい。

[0011] パワーモジュールは電流源発生回路をさらに含むことができ、電流源発生回路は、第２の直流電圧によって給電でき、温度につれて変化しない定電流源を発生するように構成でき、磁気検知要素は、定電流源によって給電できることが好ましい。

[0012] 信号処理ユニットは、電気検出信号を増幅するように構成された増幅器と、電気検出信号中の干渉信号をフィルタに通すように構成されたフィルタとを備えることができ、入力共通モード電圧は、増幅器及びフィルタに入力できることが好ましい。

[0013] 磁界検出回路は、第２の直流電圧によって給電でき、入力共通モード電圧は、第２の直流電圧の半分にできることが好ましい。

[0014] 磁気センサ集積回路は、基準電圧発生回路をさらに備えることができ、基準電圧発生回路は、電圧検出回路及び分圧器を備えることができ、
電圧検出回路は、入力共通モード電圧と基準共通モード電圧との間の差を検出し、対応する検出電流を出力するように構成され、
分圧器は、一対の差分基準電圧を出力するための一対の出力端子と、基準共通モード電圧を出力するための出力端子とを備え、検出電流が分圧器を流れるとき、検出電流の変動により、分圧器によって出力される基準電圧が対応して変化することが好ましい。

[0015] 磁気センサ集積回路は、出力制御回路をさらに含むことができ、出力制御回路は、少なくとも磁石検出信号に基づき、磁気センサ集積回路を、電流が出力ポートから外向きに流れる第１の状態及び電流が外側から出力ポートに流れる第２の状態の少なくとも一方で作動させるように構成できることが好ましい。

[0016] 出力制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含むことができ、第１のスイッチ及び出力ポートは第１の電流路で接続でき、第２のスイッチ及び出力ポートは第２の電流路で接続でき、第２の電流路の方向は第１の電流路の方向と反対であり、第１の電流路及び第２の電流路は、磁石検出信号に基づき選択的に電導するように制御できることが好ましい。

[0017] 出力制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを備え、第１のスイッチ及び出力ポートは第１の電流路で接続され、第２のスイッチ及び出力ポートは第２の電流路で接続され、第２の電流路の方向は第１の電流路の方向と反対であり、第１の電流路及び第２の電流路は、磁石検出信号に基づき選択的に電導するように制御されることが好ましい。

[0018] 外部電源は交流電源にすることができ、出力制御回路は、磁気検出信号が、外部磁界が第１の極性でありかつ交流電源が前半サイクルで作動することを表す場合に、磁気センサ集積回路を第１の状態及び第２の状態の一方で作動させ、磁気検出信号が、外部磁界が第２の極性でありかつ交流電源が後半サイクルで作動することを表す場合に、磁気センサ集積回路を第１の状態及び第２の状態の他方で作動させるように構成することができ、交流電源は、後半サイクルで作動することが好ましい。

[0019] 電気検出信号は磁界信号及び偏差信号を備え、信号処理ユニットは、
偏差信号をベースバンド周波数へ、磁界信号をチョッピング周波数へそれぞれ変調するように構成されたチョッピングスイッチと、
周波数内の偏差信号をフィルタに通すように構成された高域フィルタと、
磁界信号をベースバンド周波数へ復調するように構成された復調器とを備えることが好ましい。

[0020] 本開示の別の態様では、モータ組立体が提供され、それは、モータ及びモータ駆動回路を備え、モータ駆動回路は、上記磁気センサ集積回路の何れかの１つの磁気センサ集積回路を備える。

[0021] モータはステータ及び永久磁石ロータを含み得て、ステータはステータコアと、ステータコアに巻き付けた単相巻線とを含み得ることが好ましい。

[0022] 本開示の別の態様では、応用装置が提供され、それはモータ組立体を備え、モータ組立体は、上記磁気センサ集積回路の何れかの１つの磁気センサ集積回路を含む。

[0023] 応用装置は、ポンプ、ファン、家庭用電化製品又は車両にできることが好ましい。

[0024] 本開示の実施形態又は従来技術による技術的解決策がより明らかになるように、以下、本開示の実施形態による図面を簡単に説明する。図面は、本開示の一部の実施形態にすぎず、当業者であれば、これらの図面から創造的作業を伴わずに他の図面が得られることは明らかである。

本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の概要構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路内の比較器の概要構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路内の比較器における信号の波形線図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路内の信号処理ユニットの概要構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路内のパワーモジュールの概要構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路内の整流器の回路図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の基準電圧発生器の概要構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の出力制御回路の回路図である。 本開示の別の実施形態による磁気センサ集積回路の出力制御回路の回路図である。 本開示の別の実施形態による磁気センサ集積回路の出力制御回路の回路図である。 本開示の実施形態によるモータ組立体の概要構造図である。 本開示の実施形態によるモータ組立体の同期モータの概要構造図である。

[0037] 図１に示すように、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路は、ハウジングと、ハウジング内に配置された半導体基板と、半導体基板上に設けた電子回路と、ハウジングから延び出る出力ポート３と、外部電源に接続するための入力ポート１とを含む。電子回路は磁界検出回路２を含む。

[0038] 磁界検出回路２は、磁気検知要素２１、信号処理ユニット２２及び比較器２３を含む。

[0039] 磁気検知要素２１は、外部磁界を検知し、電気検出信号を出力するように構成される。

[0040] 信号処理ユニット２２は、電気検出信号を増幅し、電気検出信号から干渉を取り除いてアナログ電気信号を発生するように構成される。

[0041] 比較器２３は、アナログ電気信号を基準電圧と比較し、外部磁界に対応する磁石検出信号を出力するように構成される。基準電圧は、磁界検出回路の入力共通モード電圧に基づいて発生する。

[0042] この実施形態では、磁石検出信号は、出力ポート３から出力することができる。

[0043] この実施形態による磁気センサ集積回路では、基準電圧は、入力共通モード電圧に基づいて発生し、供給電圧及び入力共通モード電圧の変動につれて変化することができ、それによって比較器により出力される磁石検出信号の精度及び信頼度を保証する。従って、この実施形態による磁気センサ集積回路は、そのパワーモジュールに対する要求が低く、回路は、単純でかつ低価格である。

[0044] 磁気検知要素２１は、定電流源によって給電されることが好ましい。

[0045] 実施では、磁気検知要素２１は、定電圧源又は定電流源によって給電することができる。この実施形態では、定電流源が採用され、結果として定電流源によって給電されるパワーモジュールは、バンドギャップ基準電圧源なしで定電圧を出力することができ、従ってパワーモジュール全体の構造が簡単である。

[0046] 比較器２３は、ヒステリシス比較器であることが好ましい。

[0047] 基準電圧は、互いに減算された一対の差分基準電圧（ＶＨ及びＶＬ）によって得た高電圧閾値Ｒｈ及び低電圧閾値Ｒｌを含むことが好ましい。具体的には、高電圧閾値ＲｈはＶＨからＶＬを引くことによって得られ、低電圧閾値ＲｌはＶＬからＶＨを引くことによって得られる。信号処理ユニットによって出力されるアナログ電気信号は、一対の差分電圧信号（Ｐ３及びＮ３）を含む。

[0048] 図２に示すように、比較器２３は、第１の比較器Ｕ１、第２の比較器Ｕ２及びラッチ論理回路２３１を含む。第１の比較器Ｕ１及び第２の比較器Ｕ２の各々は、４つの入力端子を備え、４つの入力端子は、それぞれ一対の差分基準電圧（ＶＨ及びＶＬ）と、一対の差分電圧信号（Ｐ３及びＮ３）とを受け取る。第１の比較器Ｕ１及び第２の比較器Ｕ２の各々の非反転入力端子は、一対の差分電圧信号の正の信号Ｐ３を受け取り、第１の比較器Ｕ１及び第２の比較器Ｕ２の各々の反転入力端子は、一対の差分電圧信号の負の信号Ｎ３を受け取る。第１の比較器Ｕ１の非反転基準入力端子は、一対の差分基準電圧の正電圧ＶＨと連結され、第１の比較器Ｕ１の反転基準入力端子は、一対の差分基準電圧の負電圧ＶＬと連結される。第２の比較器Ｕ２の非反転基準入力端子は、一対の差分基準電圧の負電圧ＶＬと連結され、第２の比較器Ｕ２の反転基準入力端子は、一対の差分基準電圧の正電圧ＶＨと連結される。すなわち、対の差分基準電圧は、第１の比較器Ｕ１への連結と比べて、第２の比較器Ｕ２へ反対に連結される。

[0049] 第１の比較器Ｕ１は、対の差分電圧信号の電圧差（Ｐ３−Ｎ３）と高電圧閾値Ｒｈとの間の比較結果を出力するように構成される。

[0050] 第２の比較器Ｕ２は、電圧差（Ｐ３−Ｎ３）と低電圧閾値Ｒｌとの間の比較結果を出力するように構成される。

[0051] ラッチ論理回路２３１は、第１の比較器Ｕ１によって出力される比較結果が、電圧差が高電圧閾値より大きいこと、即ち（Ｐ３−Ｎ３）＞（ＶＨ−ＶＬ）であることを示すとき、第１のレベルを出力するように構成される。ラッチ論理回路２３１は、第２の比較器Ｕ２によって出力される比較結果が、電圧差が低電圧閾値よりも小さいこと、即ち（Ｐ３−Ｎ３）＜（ＶＬ−ＶＨ）であることを示すとき、第２のレベルを出力するように構成される。第２のレベルは第１のレベルと反対である。ラッチ論理回路２３１は、第１の比較器Ｕ１及び第２の比較器Ｕ２によって出力された比較結果が、電圧差が高電圧閾値と低電圧閾値との間にあること、即ち（ＶＬ−ＶＨ）＜（Ｐ３−Ｎ３）＜（ＶＨ−ＶＬ）であることを表わす場合、変わらない出力状態を維持するように構成される。

[0052] 図３を参照して、ラッチ論理回路２３１は、第１の比較器Ｕ１によって出力される比較結果が（Ｐ３−Ｎ３）＞Ｒｈ、Ｒｈ＝（ＶＨ−ＶＬ）であり、又は外部磁界の磁界強度が、外部磁界が１つの極性であることを表す動作点Ｂｏｐに達した場合に、比較器２３に第１のレベル（例えば、高レベル）を出力させるように構成される。ラッチ論理回路２３１は、第２の比較器Ｕ２によって出力された比較結果が（Ｐ３−Ｎ３）＜Ｒｌ、Ｒｌ＝（ＶＬ−ＶＨ）であり、又は外部磁界の磁界強度が、外部磁界が別の極性であることを表す解放点Ｂｒｐに達しない場合に、比較器２３に第２のレベル（例えば、低レベル）を出力させるように構成される。ラッチ論理回路２３１は、Ｒ１＜（Ｐ３−Ｎ３）Ｒｈであり、又は外部磁界の磁界強度が動作点Ｂｏｐと解放点Ｂｒｐとの間にある場合に、比較器２３に変わらない出力状態を維持させるように構成される。

[0053] 信号処理ユニット２２は、電気検出信号を増幅するように構成された増幅器と、電気検出信号中の干渉信号をフィルタに通すように構成されたフィルタとを含む。入力共通モード電圧は、増幅器及びフィルタに入力される。

[0054] 本開示の実施形態では、磁気検知要素２１によって出力される電気検出信号は、磁界信号及び偏差信号を含む。磁界信号は、磁気検知要素２１によって検出された、外部磁界と一致する理想的な磁界電圧信号であり、偏差信号は、磁気検知要素２１の固有の偏差である。

[0055] 図４に示すように、具体的な実施形態では、信号処理ユニットは、チョッピングスイッチ２２１、チョッパ増幅器２２２及び低域フィルタ２２３を含むことが好ましい。

[0056] チョッピングスイッチ２２１は、磁気検知要素によって出力される電気検出信号を、ベースバンド周波数内の偏差信号と、チョッピング周波数内の磁界信号とに分離するように構成される。

[0057] チョッパ増幅器２２２は、偏差信号及び磁界信号を増幅し、増幅された偏差信号及び増幅された磁界信号を、それぞれチョッピング周波数及びベースバンド周波数へ切り換えるように構成される。

[0058] 低域フィルタ２２３は、チョッピング周波数へ切り換えた偏差信号をフィルタに通すように構成される。

[0059] チョッパ増幅器２２２及び低域フィルタ２２３は、両方とも、入力共通モード電圧Ｖｃｍ−ｒｅｆを受け取る。低域フィルタ２２３は、アナログ電気信号、即ち図２に示す一対の差分電圧信号（Ｐ３及びＮ３）を出力する。

[0060] チョッピング周波数は１００ｋＨｚよりも高く、ベースバンド周波数は２００Ｈｚよりも低いことが好ましい。

[0061] この実施形態では、入力ポートは外部交流電源に接続するために構成される。ベースバンド周波数は、外部交流電源の周波数に比例する。具体的には、可能な実施例では、ベースバンド周波数は、外部磁界の磁界変動周波数と等しく、外部交流電源の周波数の２倍である。

[0062] 信号処理ユニットは、実状に応じて構成できることを理解されたい。信号処理ユニットの構成に特別の制限はなく、他のどのような構成の信号処理ユニットも、全て本応用の範囲内である。

[0063] 図１に示すように、磁気センサ集積回路は、パワーモジュール４をさらに含むことが好ましい。図５はパワーモジュール４の回路構造を示し、パワーモジュール４は、整流器４１、電圧調整ユニット４２及び電流源発生回路４３を含む。

[0064] 整流器４１は、入力ポート１に接続された入力端子を有し、外部電源によって供給される電圧を第１の直流電圧へ変換するように構成される。

[0065] 電圧調整ユニット４２は、整流器４１によって出力される第１の直流電圧を第２の直流電圧へ変換するように構成され、第１の直流電圧の平均は、第２の直流電圧の平均よりも大きい。この実施形態では、電圧調整ユニットは、整流器の出力端子と接続された電圧降下抵抗器及び電圧安定装置を含む。

[0066] 電流源発生回路４３は、第２の直流電圧によって給電され、温度につれて変化しない定電流源を発生するように構成される。磁気検知要素２１は定電流源によって給電される。この場合、気温が変化しても、磁気検知要素２１の出力は、変わらないままである。

[0067] 信号処理ユニットは、第２の直流電圧によって給電されることが好ましい。チョッパ増幅器２２２及び低域フィルタ２２３に入力される入力共通モード電圧は、第２の直流電圧の半分である。

[0068] 図６は、整流器の具体的な回路を示し、整流器は、全波整流ブリッジ及び電圧安定ユニットを含む。電圧安定ユニットは、全波整流ブリッジの２つの出力端子間に接続されたツェナーダイオードを含む。全波整流ブリッジは、直列に接続された第１のダイオード６１１及び第２のダイオード６１２と、直列に接続された第３のダイオード６１３及び第４のダイオード６１４とを含む。第１のダイオード６１１と第２のダイオード６１２との間の共通端子は、第１の入力ポートＶＡＣ＋に電気的に接続され、第３のダイオード６１３と第４のダイオード６１４との間の共通端子は、第２の入力ポートＶＡＣ−に電気的に接続される。

[0069] 第１のダイオード６１１の入力端子が、第３のダイオード６１３の入力端子に電気的に接続されて、全波整流ブリッジの接地出力端子を形成する。第２のダイオード６１２の出力端子が、第４のダイオード６１４の出力端子に電気的に接続されて、全波整流ブリッジの電圧出力端子ＶＤＤを形成する。電圧安定ダイオード６２１は、第２のダイオード６１２と第４のダイオード６１４との間の共通端子と、第１のダイオード６１１と第３のダイオード６１３との間の共通端子との間に接続される。本開示の実施形態では、出力制御回路の電源端子は、全波整流ブリッジの電圧出力端子に電気接続できることに留意されたい。

[0070] この実施形態では、磁気センサ集積回路のそれぞれの部品用の供給電圧が詳細に説明される。もちろん、実施では、それぞれの部品用の供給電圧は、それらに限定されない。それぞれの部品用の供給電圧は、特定の応用条件に応じて決めることができ、全て本開示の範囲内に含まれる。

[0071] 図５に示すように、磁気センサ集積回路は、基準電圧発生回路５をさらに含み、基準電圧発生回路５は、電圧検出回路５１及び分圧器５２を含むことが好ましい。図７は、基準電圧発生回路５の回路構造を示す。

[0072] 電圧検出回路５１は、入力共通モード電圧Ｖｃｍ−ｒｅｆと基準共通モード電圧Ｖｃｍとの間の差を検出し、対応する検出電流を出力するように構成される。分圧器５２には、一対の差分基準電圧ＶＨ及びＶＬを出力するための一対の出力端子と、基準共通モード電圧Ｖｃｍを出力するための出力端子とを設ける。検出電流が分圧器５２を通って流れるとき、検出電流の変動により、分圧器５２によって一対の差分基準電圧ＶＨ及びＶＬが出力され、基準共通モード電圧Ｖｃｍが対応して変化する。基準共通モード電圧Ｖｃｍは、基準共通モード電圧Ｖｃｍと入力共通モード電圧Ｖｃｍ−ｒｅｆとの間の電圧差に等しい。

[0073] この実施形態による磁気センサ集積回路では、磁界検出回路は、電圧調整ユニット４２によって出力される第２の直流電圧により給電される。第２の直流電圧は変動することができ、それにより磁気検知要素によって出力される電気検出信号が対応して変動することができる。比較器に入力される基準電圧は、入力共通モード電圧に基づき発生し、供給電圧及び入力共通モード電圧の変動につれて変化することができ、それによって比較器により出力される磁石検出信号の精度及び信頼性を保証する。従って、この実施形態による磁気センサ集積回路は、そのパワーモジュールのための要求が低く、回路が単純でありかつ安価である。

[0074] 磁気センサ集積回路は、出力制御回路をさらに含むことができる。出力制御回路は磁石検出信号を受け取り、出力制御回路の出力ポートＰｏｕｔは、磁気センサ集積回路の出力ポート３に連結される。出力制御回路は、好ましくは第１の直流電圧によって給電され、少なくとも磁石検出信号に基づき、磁気センサ集積回路を、電流が出力ポートから外向きに流れる第１の状態及び電流が外側から出力ポートに流れる第２の状態の少なくとも一方で作動させるように構成される。

[0075] 実施形態では、出力制御回路は、第１の状態と第２の状態との間で切り換わるように構成される。第１の状態は、負荷電流が、磁気センサの内部から外部に出力ポートを介して流れる状況に対応することができ、第２の状態は、負荷電流が、磁気センサの外部から内部に出力ポートを介して流れる状況に対応することができる。一部の実施形態では、磁気センサは、電流が出力ポートを通って流れない第３の状況で作動することができる。

[0076] 出力制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含むことが好ましい。第１のスイッチ及び出力ポートは、第１の電流路で接続される。第２のスイッチ及び出力ポートは、第２の電流路で接続される。第２の電流路の方向は、第１の電流路の方向と反対である。第１の電流路及び第２の電流路は、磁石検出信号に基づき選択的に電導するように制御される。

[0077] 第１のスイッチはトリオードとすることができ、第２のスイッチはトリオード又はダイオードとすることができ、それらは、実状に応じて決めることができ、本開示に限定されないことが好ましい。

[0078] 具体的には、本開示の実施形態意では、図８に示すように、第１のスイッチ３１は低レベルでオンし、第２のスイッチ３２は高レベルでオンする。第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔは第１の電流路で接続され、第２のスイッチ３２及び出力ポートＰｏｕｔは第２の電流路で接続される。第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２の制御端子は、磁界検出回路に接続される。第１のスイッチ３１の電流入力端子は、高電圧（例えば直流電源）に接続され、第１のスイッチ３１の電流出力端子は、第２のスイッチ３２の電流入力端子に接続され、第２のスイッチ３２の電流出力端子は、低電圧（例えば接地）に接続される。磁界検出回路によって出力される磁石検出信号が低レベルである場合、第１のスイッチ３１がオンし、第２のスイッチ３２がオフし、その結果高電圧からの負荷電流は、第１のスイッチ３１を通って流れ、出力ポートＰｏｕｔから外方に流れる。磁界検出回路によって出力される磁石検出信号が高レベルである場合、第２のスイッチ３２がオンし、第１のスイッチ３１がオフし、その結果負荷電流は、外側から出力ポートＰｏｕｔを通って内方に流れ、第２のスイッチ３２を通って流れる。実施例では、第１のスイッチ３１は、正チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ）であり、第２のスイッチ３２は、負チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）である。他の実施形態では、第１のスイッチ及び第２のスイッチは、その他の型式の半導体スイッチとすること、例えば、接合電界効果トランジスタ（ＪＦＥＴ）又は金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）のような、その他の電界効果トランジスタにできることを理解されたい。

[0079] 本開示の別の実施形態では、図９に示すように、第１のスイッチ３１は高レベルでオンする切換えトランジスタであり、第２のスイッチ３２は一方向電導ダイオードである。第１のスイッチ３１の制御端子及び第２のスイッチ３２の陰極は、磁界検出回路に接続される。第１のスイッチ３１の電流入力端子は整流回路の出力端子に接続され、第１のスイッチ３１の電流出力端子及び第２のスイッチ３２の陽極は、出力ポートＰｏｕｔに接続される。第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔは第１の電流路で接続される。出力ポートＰｏｕｔ、第２のスイッチ３２及び磁界検出回路は、第２の電流路で接続される。磁界検出回路によって出力される磁石検出信号が高レベルである場合、第１のスイッチ３１がオンし、第２のスイッチ３２がオフし、その結果整流回路からの負荷電流は、第１のスイッチ３１を通って流れ、出力ポートＰｏｕｔから外方に流れる。磁界検出回路によって出力される磁石検出信号が低レベルである場合、第２のスイッチ３２がオンし、第１のスイッチ３１はオフし、その結果負荷電流は、外側から出力ポートＰｏｕｔを通って内方に流れ、スイッチ３２を通って流れる。本開示の他の実施形態では、第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は他の構造とすることができ、他の構造は、実状に応じて決定することができ、本開示に限定されない。

[0080] 本開示の別の実施形態では、出力制御回路は、電流が出力ポートから外部に流れる第１の電流路と、電流が出力ポートから内側に流れる第２の電流路と、第１の電流路及び第２の電流路の一方に電気的に接続されたスイッチとを含む。スイッチは、信号処理ユニットによって出力される磁界検出信号によって制御され、第１の電流路及び第２の電流路を選択的にオンする。随意的に、第１の電流路及び第２の電流路の他方の経路にはスイッチを配置しない。

[0081] 本開示の別の実施形態では、出力制御回路３０は一方向スイッチを含む。一方向スイッチ及び出力ポートは、第１の電流路で接続される。磁界検出回路の出力端子及び出力ポートは、第２の電流路で接続される。第２の電流路の方向は、第１の電流路の方向と反対である。一方向スイッチは、磁石検出信号に基づき制御される。第１の電流路及び第２の電流路は、磁石検出信号に基づき選択的に電導するように制御される。代替的に、第２の電流路内の抵抗器Ｒ１は、一方向導電スイッチ３３に背中合わせに並列に電気接続された一方向電導スイッチで置き換えることができ、結果として出力ポートから流れ出る負荷電流は、出力ポートに流れ込む負荷電流と釣り合う。

[0082] 具体的な実施として、図１０に示すように、出力制御回路３０は、一方向スイッチ３３を含む。一方向スイッチ３３及び出力ポートＰｏｕｔは第１の電流路で接続される。一方向スイッチ３３の電流入力端子は、磁界検出回路の出力端子と接続することができる。磁界検出回路の出力端子は、第２の電流路内の抵抗器Ｒ１を介して出力ポートＰｏｕｔと接続することができる。第２の電流路の方向は、第１の電流路方向と反対である。磁石検出信号が高レベルである場合、一方向スイッチ３３がオンし、負荷電流は、一方向のスイッチ３３を通って流れ、出力ポートＰｏｕｔを通って外方に流れる。磁石検出信号が低レベルである場合、一方向スイッチ３３はオフし、負荷電流は、外側から出力ポートＰｏｕｔを通って内方に流れ、抵抗器Ｒ１及び磁界検出回路を通って流れる。

[0083] 以下において、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路が、具体的な応用例と併せて説明される。

[0084] 図１１に示すように、本開示の実施形態によりモータ組立体がさらに提供される。モータ組立体は、交流電源１００によって給電されるモータ２００と、モータ２００に直列に電気接続された双方向電導スイッチ３００と、本開示の上記実施形態の何れか１つによる磁気センサ集積回路４００とを含む。磁気センサ集積回路４００の出力ポートは、双方向電導スイッチ３００の制御端に電気接続される。モータ組立体は、交流電源１００によって供給される電圧を下げて、降下電圧を磁気センサ集積回路４００に供給する電圧降下回路５００をさらに含むことが好ましい。磁気センサ集積回路４００は、モータ２００のロータの近くに配置されて、ロータ内の磁界の変化を検知する。

[0085] 本開示の具体的な実施形態では、モータは同期モータである。図１２に示すように、同期モータは、ステータと、ステータに対して回転できるロータ１１とを含む。ステータは、ステータコア１２と、ステータコア１２の周りに巻き付けたステータ巻線１６とを含む。ステータコア１２は、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電気鋼、ケイ素鋼などの軟磁性材料で作ることができる。ロータ１１は永久磁石を含む。ステータ巻線１６を交流電源と直列に接続すると、ｆが交流電源の周波数であり、ｐがロータの極対の数であるとき、ロータ１１は、一定の回転速度（６０ｆ／ｐ）回転／分で定速回転する。実施形態では、ステータコア１２は、対向して配置された２つの極部分１４を含み、各々の極部分は磁極弧面１５を有する。ロータ１１の外面は磁極弧面１５に対向し、それらの間に実質的に均一な空隙が形成される。本開示における実質的に均一な空隙は、ステータとロータとの間の空隙の大部分が均一であり、空隙のわずかな部分が不均一であることを示す。ロータの極部分の磁極弧面１５上に内方に凹状の始動溝１７を配置することが好ましい。磁極弧面１５のうち始動溝１７以外の部分は、ロータと同心である。上記構成により不均一な磁界を形成することができ、その結果ロータが休止するとき、ロータの極軸線Ｓ１がステータの極部分の中心軸線Ｓ２に対して角度を成し、ロータは、集積回路の作用の下でモータが通電されるたびに、始動トルクを有することができる。ロータの極軸線Ｓ１は、極性が異なるロータの２つの磁極間の境界線である。ステータの極部分１４の中心軸線Ｓ２は、ステータの２つの極部分１４の中心間を通る接続線である。実施形態では、ステータ及びロータの各々は、２つの磁極を有する。他の実施形態では、ステータの磁極の数は、ロータの磁極の数と異なることができ、それは、４つ及び６つのように２つよりも多くても良いことを理解されたい。

[0086] 出力制御回路３０は、交流電源１００が正の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの磁界は第１の極性を有することを磁気センサが検出するとき、又は交流電源１００が負の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの磁界は第１の極性とは反対の第２の極性を有することを磁気センサが検出するとき、双方向電導交流スイッチ３００をオンするように構成される。出力制御回路３０は、交流電源１００が負の半周期で作動しかつ永久磁石ロータが第１の極性を有するとき、又は交流電源１００が正の半周期で作動しかつ永久磁石ロータが第２の極性を有するとき、双方向電導交流スイッチ３００をオフする。

[0087] 上記実施形態に基づき、本開示の実施形態では、出力制御回路３０は、交流電源１００が正の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの磁界が第１の極性であることを磁界検出回路２が検出したとき、磁気センサ集積回路から双方向導電スイッチ３００への負荷電流流れを制御するように構成される。交流電源１００が負の半周期で作動しかつ永久磁石ロータの磁界が第１の極性とは反対の第２の極性であることを磁界検出回路が検出したとき、出力制御回路３０は、双方向導電スイッチ３００から磁気センサ集積回路への負荷電流流れを制御するように構成される。

[0088] 本開示の好ましい実施形態では、図９に示すように、双方向導電スイッチ３００は、トリオード交流スイッチ（トライアック）とすることができ、出力制御回路が実施される。交流電源１００によって出力される信号が正の半周期にありかつ磁界検出回路２が低レベルを出力するとき、出力制御回路３０内の第１のスイッチ３１がオンし、出力制御回路３０内の第２のスイッチ３２がオフし、その結果電流は、交流電源１００、モータ２００、磁気センサ集積回路４００の第１の入力端子、電圧降下回路５００、全波整流ブリッジの第２のダイオード６１２の出力端子、出力制御回路３０の第１のスイッチ３１を通って流れ、出力ポートから双方向導電交流スイッチ３００を介して、交流電源１００に戻るように流れる。双方向導電スイッチ３００がオンしたとき、電圧降下回路５００及び磁気センサ集積回路４００によって形成される直列分岐は短絡し、磁気センサ集積回路４００は、電源がないので出力を停止し、双方向導電スイッチ３００は、その２つの陽極を通って流れる電流が十分に大きい（双方向導電スイッチ３００の保持電流よりも大きい）ため、制御磁極と双方向導電スイッチ３００の第１の陽極との間を駆動電流が流れない間、オンのままである。交流電源１００によって出力される信号が負の半周期にありかつ磁界検出回路２が高レベルを出力するとき、出力制御回路３０内の第１のスイッチ３１がオフし、出力制御回路３０内の第２のスイッチ３２がオンし、その結果電流は、交流電流１００から双方向導電スイッチ３００を介して入力ポートに流れ、出力制御回路３０の第２のスイッチ３２、全波整流ブリッジの接地出力端子及び第１のダイオード６１１、磁気センサ集積回路４００の第１の入力端子、並びにモータ２００を通って流れ、交流電源１００に戻るように流れる。同様に、双方向導電スイッチ３００がオンしたとき、磁気センサ集積回路４００は、短絡して出力を停止し、双方向導電スイッチ３００はオンのままである。交流電源１００によって出力される信号が正の半周期にありかつ磁界検出回路２が高レベルを出力するとき、又は交流電源１００によって出力される信号が負の半周期にありかつ磁界検出回路２が低レベルを出力するとき、出力制御回路３０内の第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、両方ともオフであり、双方向導電スイッチ３００はオフする。従って、出力制御回路３０は、交流電源１００の極性変化及び磁石検出信号に基づき、磁気センサ集積回路に、ステータ巻線１６の通電モードを制御するために、双方向電導スイッチ３００をオン状態とオフ状態との間で所定様式で切り換えさせることができ、結果としてステータによって発生する変化磁界は、ロータの磁界位置と一致し、それによりロータを一定方向に回転させて、ロータは、モータに給電するごとに一定方向に回転することが保証される。

[0089] 上記実施形態では、本開示による磁気センサ集積回路は、可能な応用例と併せて説明されるが、それに限定されないことを理解されたい。例えば、本開示による磁気センサ集積回路は、モータの駆動に使用されるのみならず、磁界検出における他の応用例にも使用することができる。

[0090] 開示の別の実施形態によるモータでは、モータは、外部交流電源の２つの端部間に、双方向電導スイッチと直列に電気接続することができる。電気モータ及び双方向電導スイッチによって形成される第１の直列分岐は、電圧降下回路及び磁気センサ集積回路によって形成される第２の直列分岐と並列に電気接続される。磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向電導スイッチに電気的に接続され、これにより双方向電導スイッチを制御して予め設定された様式でオン又はオフし、それによってステータ巻線の通電モードを制御する。

[0091] 本開示の上記実施形態によるモータ組立体は、特にポンプ、ファン、家庭用電化製品又は車両のような応用装置に応用可能である。家庭用電化製品は、洗浄機、皿洗い機、レンジフード、排気ファンなどとすることができる。

[0092] 明細書の様々な実施形態は漸進的に説明され、各実施形態では他の実施形態との違いが強調して説明される。実施形態間で同じ又は似た部分につき、他の実施形態を参照できることに留意されたい。

[0093] 「第１の」、「第２の」などのような関係用語は、本明細書では、実体間又は作動間に実際の関係又は順序が存在することを必要とし又は意味するよりも、１つの実体又は作動を他から区別するためだけに使用することに留意されたい。更に、「含む」、「備える」又はあらゆる他の派生語は、排他的でないことを意図する。従って、複数の要素を含むプロセス、方法、製品又は装置は、要素だけでなく、列挙されない他の要素も含み、或いはプロセス、方法、製品又は装置に固有の要素も含む。他の方法で明確に限定されない限り、「・・・を備える（含む）」という記述は、プロセス、方法、製品又は装置にその他の同様の要素が存在する場合を排除しない。

[0094] 開示した実施形態の上記説明により、当業者は、本開示を実施すること又は使用することが可能になる。当業者には実施形態に対する様々な変更が明らかであり、本明細書で規定した一般原理は、本開示の精神又は範囲から逸脱することなく他の実施形態で実施することができる。従って、本開示は、本明細書に開示された実施形態に限定されず、本明細書に開示された原理及び新規な特徴と一致する最も広い範囲に従う。

１ 入力ポート
２ 磁界検出回路
３ 出力ポート
４ パワーモジュール
２１ 磁気検知素子
２２ 信号処理ユニット
２３ 比較器

Claims (10)

1. 磁気センサ集積回路であって、
   ハウジングと、
   前記ハウジングの内側に配置された半導体基板と、
   前記半導体基板上に設けた電子回路と、
   前記ハウジングから延び出る出力ポート、及び前記外部電源に接続するための入力ポートとを備え、
   前記電子回路は磁界検出回路を備え、前記磁界検出回路は、
   外部磁界を検知し、電気検出信号を出力するように構成された磁気検知要素と、
   前記電気検出信号を増幅し、前記電気検出信号から干渉を除去してアナログ電気信号を発生するように構成された信号処理ユニットと、
   前記アナログ電気信号を基準電圧と比較し、前記外部磁界に対応する磁石検出信号を出力するように構成された比較器とを備え、
   前記基準電圧は、前記磁界検出回路の入力共通モード電圧に基づき発生する、ことを特徴とする磁気センサ集積回路。
2. 前記基準電圧は、入力共通モード電圧につれて変動する、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
3. 前記基準電圧は、互いに減算される一対の差分基準電圧によって得た高電圧閾値及び低電圧閾値を備え、
   前記アナログ電気信号は一対の差分電圧信号を備え、
   前記比較器は、第１の比較器、第２の比較器及びラッチ論理回路を備え、前記第１の比較器及び前記第２の比較器の各々は、４つの入力端子を備え、前記４つの入力端子は、それぞれ前記一対の差分基準電圧及び前記一対の差分電圧信号を受け取り、前記一対の差分基準電圧は、前記第１の比較器と比べて前記第２の比較器に反対に連結され、
   前記第１の比較器は、前記一対の差分電圧信号間の電圧差と前記高電圧閾値との間の比較結果を出力するように構成され、
   前記第２の比較器は、前記電圧差と前記低電圧閾値との間の比較結果を出力するように構成され、
   前記ラッチ論理回路は、
   前記第１の比較器によって出力される前記比較結果が、前記電圧差が前記高レベルよりも高いことを示す場合、第１のレベルを出力し、
   前記第２の比較器によって出力される前記比較結果が、前記電圧差が前記低レベルよりも低いことを示す場合、前記第１のレベルと反対である第２のレベルを出力し、
   前記第１の比較器及び前記第２の比較器によって出力される前記比較結果が、前記電圧差が前記高電圧閾値と前記低電圧閾値との間にあることを示す場合、変わらない出力状態を維持するように構成される、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
4. パワーモジュールをさらに備え、前記パワーモジュールは整流器を備え、前記整流器は、前記入力ポートに接続された入力端子を備え、前記外部電源によって供給される電圧を第１の直流電圧へ変換するように構成される、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
5. 前記パワーモジュールは、前記整流器によって出力された前記第１の直流電圧出力を、第２の直流電圧へ変換するように構成された電圧調整ユニットをさらに備え、前記第１の直流電圧の平均は、前記第２の直流電圧の平均よりも大きい、請求項４に記載の磁気センサ集積回路。
6. 前記信号処理ユニットは、前記電気検出信号を増幅するように構成された増幅器と、前記電気検出信号中の干渉信号をフィルタに通すように構成されたフィルタとを備え、
   前記入力共通モード電圧は、前記増幅器及び前記フィルタに入力される、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
7. 基準電圧発生回路をさらに備え、前記基準電圧発生回路は、電圧検出回路及び分圧器を備え、
   前記電圧検出回路は、前記入力共通モード電圧と前記基準共通モード電圧との間の差を検出し、対応する検出電流を出力するように構成され、
   前記分圧器は、前記一対の差分基準電圧を出力するための一対の出力端子と、前記基準共通モード電圧を出力するための出力端子とを備え、前記検出電流が前記分圧器を流れるとき、前記検出電流の変動により、前記分圧器によって出力される基準電圧が対応して変化する、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
8. 前記電気検出信号は磁界信号及び偏差信号を備え、前記信号処理ユニットは、
   前記偏差信号をベースバンド周波数へ、前記磁界信号をチョッピング周波数へそれぞれ変調するように構成されたチョッピングスイッチと、
   前記周波数内の前記偏差信号をフィルタに通すように構成された高域フィルタと、
   前記磁界信号を前記ベースバンド周波数へ復調するように構成された復調器とを備える、請求項１に記載の磁気センサ集積回路。
9. モータ及びモータ駆動回路を備えるモータ組立体であって、
   前記モータ駆動回路は、請求項１から８の何れかの１つに記載の磁気センサ集積回路を備える、ことを特徴とするモータ組立体。
10. 請求項９に記載のモータ組立体を備える、ことを特徴とする応用装置。

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