JP3207074U - 磁気センサ集積回路及びモータ構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の磁気センサの機能を拡張し、全体の回路費用を削減し、信頼性を向上させる磁気センサ集積回路及びモータ構成要素を提供する。【解決手段】磁気センサ集積回路は、少なくとも１つの入力ポートＡ１、Ａ２と、出力ポートＰｏｕｔと、磁界検出回路２０と、出力制御回路３０とを含む。磁界検出回路２０は、外部磁界を検出し、磁界検出情報を出力する。出力制御回路３０は、少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路が、少なくとも、電流が出力ポートＰｏｕｔから集積回路の外部へ流れる第１の状態と、電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れる第２の状態との間で切り換わることを可能にする。【選択図】図１

Description

本考案は、磁界検出技術の分野に関する。

磁気センサは、現代の工業及び電子製品において、磁界強度を検知することにより電流、位置及び方向などの物理パラメータを測定するために広範に用いられている。モータ産業は、磁気センサの重要な応用分野である。磁気センサ集積回路は、電気モータ内の回転子の極性位置を検知するために用いることができる。

従来の技術において、磁気センサは、一般に磁界検出結果のみを出力することができ、磁界検出結果を処理するための特定の用途においては周辺回路が付加的に必要とされ、それゆえ、回路の全体としての費用が高くなり、かつ信頼性は低くなる。

１つの態様において、本開示の実施形態により磁気センサ集積回路が提供される。磁気センサ集積回路は、
少なくとも１つの入力ポート及び出力ポートと、
外部磁界及びそれに応じて出力磁界検出情報を検出するように構成された磁界検出回路と、
少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路が、少なくとも、電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れる第１の状態と、電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れる第２の状態との間で切り換わることを可能にするように構成された出力制御回路と、
を含む。

好ましくは、磁界検出回路は、第１の電源により電力供給されることができ、出力制御回路は、第１の電源とは異なる第２の電源により電力供給されることができる。

好ましくは、第２の電源は、可変振幅の電源とすることができる。

好ましくは、第１の電源は、定振幅の直流電源とすることができる。

好ましくは、第１の電源の出力電圧の平均値は、第２の電源の出力電圧に平均値より低い。

好ましくは、少なくとも１つの入力ポートは、外部交流電源に接続するように構成された入力ポートを含むことができ、出力制御回路は、交流電源の極性及び磁界検出情報に基づいて、集積回路が少なくとも第１の状態と前記第２の状態との間で切り換わることを可能にするように構成される。

好ましくは、出力制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含み、第１のスイッチは、第１の電流路内で出力ポートに接続され、第２のスイッチは、第１の電流路の方向の逆方向を有する第２の電流路内で出力ポートに接続され、第１のスイッチ及び第２のスイッチは、磁界検出情報に基づいて選択的にオンにされる。

好ましくは、第１のスイッチは、トライオードであり、第２のスイッチは、ダイオード又はトライオードである。

好ましくは、出力制御回路は、電流が出力ポートから流れ出す第１の電流路と、電流が出力ポートから流れ込む第２の電流路と、第１の電流路及び第２の電流路の一方に接続されたスイッチとを備え、スイッチは、磁界検出回路により出力される磁界検出情報により制御され、第１の電流路及び第２の電流路が選択的にオンにされることを可能する。

好ましくは、第１の電流路及び第２の電流路のうち他方にはスイッチが設けられない。

好ましくは、出力制御回路は、交流電源が正の半周期にあり、かつ磁界検出回路により検出される外部磁界の極性が第１の極性である場合、若しくは交流電源が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路により検出される外部磁界の極性が第１の極性の逆の第２の極性である場合、出力ポートを、そこを通って流れる負荷電流を有するように制御すべく構成され、及び、交流電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界の極性が第２の極性である場合、若しくは交流電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界の極性が第１の極性である場合、出力ポートを、そこを通って流れる負荷電流を有さないように制御すべく構成される。

好ましくは、磁界検出回路は、出力制御回路と同じ電源を有する。

好ましくは、少なくとも１つの入力ポートは、外部交流電源に接続するように構成された第１の入力ポート及び第２の入力ポートを含み、集積回路は、外部交流電源により出力される交流を直流に変換するように構成された整流回路をさらに備える。

好ましくは、集積回路は、整流回路により出力された第１の電圧を第２の電圧に調整するように構成された電圧調整器回路をさらに含み、第２の電圧は、磁界検出回路に供給され、第１の電圧は、出力制御回路に供給され、第１の電圧の平均値は、第２の電圧の平均値よりも高い。

好ましくは、磁界検出回路は、
外部磁界を検出し、電気信号を発生させるように構成された磁界検出要素と、
電気信号を増幅し、かつ逆スクランブルするように構成された信号処理ユニットと、
増幅され逆スクランブルされた電気信号をオンオフ式デジタル信号である磁界検出情報に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換ユニットと、
を含む。

好ましくは、入力ポートは、両方とも外部交流電源に接続するように構成された第１の入力ポート及び第２の入力ポートを含むことができ、第１の状態又は第２の状態の出現頻度は、交流電源の周波数に比例する。

別の態様において、モータ構成要素が提供される。モータ構成要素は、モータと、モータ駆動回路とを含み、モータ駆動回路は、上記の磁気センサ集積回路を含む。

好ましくは、モータ駆動回路は、外部交流電源の２つの端子間にモータと直列の双方向スイッチをさらに含み、磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向スイッチの制御端子に接続される。

好ましくは、モータは、固定子及び永久磁石回転子を含み、固定子は、固定子鉄心及び固定子鉄心に巻回された単相巻線を含む。

好ましくは、モータ構成要素は、交流電源の電圧を下げ、低下した電圧を磁気センサ集積回路に提供するように構成された、降圧調整器をさらに含む

好ましくは、出力制御回路は、交流電源が正の半周期にあり、かつ磁界検出回路により検出される永久磁石回転子の極性が第１の極性である場合、若しくは交流電源が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路により検出される永久磁石回転子の極性が第１の極性の逆の第２の極性である場合、双方向スイッチをオンにするように構成され、及び、交流電源が負の半周期にあり、かつ永久磁石回転子の極性が第１の極性である場合、若しくは交流電源が正の半周期にあり、かつ永久磁石回転子の極性が第２の極性である場合、双方向スイッチをオフにするように構成される。

好ましくは、出力制御回路は、交流電源により出力される信号が正の半周期にあり、かつ磁界検出回路により検出される永久磁石回転子の極性が第１の極性である場合、電流が集積回路から双方向スイッチへ流れるよう制御すべく構成され、及び、交流電源により出力される信号が負の半周期にあり、かつ永久磁石回転子の極性が第１の極性の逆の第２の極性である場合、電流が双方向スイッチから集積回路へ流れるように制御すべく構成される。

本開示の実施形態によるこの磁気センサ集積回路は、既存の磁気センサの機能を拡張し、これにより回路に関する全体の費用を削減し、かつ回路の信頼性を高める。

本開示の実施形態による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、本開示の実施形態又は従来技術の説明に用いられる図面を以下のように簡単に説明する。以下の説明における図面は、本開示の幾つかの実施形態を単に例証するものであることが明らかである。当業者であれば、これらの図面からいかなる創造的作業も伴わずに他の図面を得ることができる。

本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の構造図である。 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出力制御回路の構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路内の出力制御回路の構造図である。 本開示の実施形態による磁界センサ集積回路内の出力制御回路の構造図である。 本開示の実施形態による磁界センサ集積回路内の出力制御回路の構造図である。 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回路の構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路内の磁界検出回路の構造図である。 本開示の実施形態によるモータ構成要素の構造図である。 本開示の実施形態によるモータ構成要素内のモータの構造図である。

本開示の実施形態による技術的解決策を、以下、本開示の実施形態において図面と関連して明確かつ完全に説明する。明らかに、説明される実施形態は、本開示の実施形態の全てではなく、ごく僅かにすぎない。本開示の実施形態に基づいていかなる創造的作業も伴わずに当業者によって得られる他の実施形態は、本開示の保護の範囲内に入る。

本開示の十分な理解のために、より具体的な詳細を以下の説明において述べるが、本開示は、本明細書で説明する方式とは別の方式でさらに実装することもできる。当業者であれば、本開示の思想から外れることなく同様の拡張を行うことができ、したがって、本開示は以下で開示される特定の実施形態に限定されない。

以下、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路を、モータに適用される磁気センサ集積回路を例にとって説明する。

図１に示すように、本開示の実施形態により、磁気センサ集積回路が提供される。磁気センサ集積回路は、シェル２と、シェルの内部に設けられた半導体基板（図示せず）と、全てシェルから延びる入力ポートＡ１及びＡ２並びに出力ポートＰｏｕｔと、半導体基板上に設けられた電子回路とを含む。電子回路は、外部磁界を検出し、磁界検出情報を出力するように構成された磁界検出回路２０と、少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路が、少なくとも、電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れる第１の状態と、電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れる第２の状態との間で切り換わることを可能にするように構成された出力制御回路３０と、を含む。

本開示の実施形態によれば、磁気センサ集積回路は、第１の状態と第２の状態との間で動作を切り換え、これは、磁気センサ集積回路が一方の状態が終了した後で直ちに他方の状態に切り換わる場合に限定されず、磁気センサ集積回路が一方の状態が終了した後で特定の時間間隔において他方の状態に切り換わる場合も含むことに留意されたい。好ましい実施形態において、２つの状態の間の特定の時間間隔において、磁気センサ集積回路の出力ポートには出力が存在しない。

上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、図２に示すように、磁界検出回路２０は、第１の電源４０により電力供給され、出力制御回路３０は、第１の電源４０とは異なる第２の電源５０により電力供給される。本開示の実施形態において、第２の電源５０は、可変振幅の電源又は定振幅のＤＣ電源とすることができることに留意されたい。第２の電源５０が可変振幅の電源である場合、第２の電源５０は、可変振幅のＤＣ電源であることが好ましく、これは場合に応じて、本開示において限定されない。

上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、第１の電源４０は、磁界検出回路２０が安定に動作するように磁界検出回路２０に安定な駆動信号を提供するために、定振幅のＤＣ電源である。

上記実施形態に基づいて、本開示の好ましい実施形態において、第１の電源４０の出力電圧の平均値は、第２の電源５０の出力電圧の平均値より低い。磁界検出回路２０は、低電力消費電源により電力供給され、このようにして集積回路の電力消費を削減することができることに留意されたい。出力制御回路３０は、高電力消費電源で電力供給され、このようにして、出力ポートは、高負荷電流を提供して、集積回路が十分な駆動能力を有することを保証する。

上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、出力制御回路３０は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含み、第１のスイッチは、第１の電流路内で出力ポートに接続され、第２のスイッチは、第１の電流路の方向の反対方向を有する第２の電流路内で出力ポートに接続され、第１のスイッチ及び第２のスイッチは、磁界検出情報に基づいて選択的にオンにされる。好ましくは、第１のスイッチはトライオードとすることができ、第２のスイッチは、トライオード又はダイオードとすることができ、これは場合に応じて本開示において限定されない。

具体的には、本開示の実施形態において、図３に示すように、第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、一対の相補的な半導体スイッチである。第１のスイッチ３１は低レベルでオンになり、第２のスイッチ３２は、高レベルでオンになる。第１のスイッチ３１は、第１の電流路内で出力ポートＰｏｕｔに接続され、第２のスイッチ３２は第２の電流路内で出力ポートＰｏｕｔに接続され、第１のスイッチ３１の制御端子及び第２のスイッチ３２の制御端子は両方とも、磁界検出回路２０に接続され、第１のスイッチ３１の電流入力端子は、高電圧端子（例えばＤＣ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、低電圧端子（例えば接地）に接続される。磁界検出回路２０により出力される磁界検出情報が低レベルの場合、第１のスイッチ３１はオンになり、第２のスイッチ３２はオフになり、負荷電流は、高電圧端子から第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔを通って集積回路の外部へ流れる。磁界検出回路２０により出力される磁界検出情報が高レベルの場合、第２のスイッチ３２はオンになり、第１のスイッチ３１はオフになり、負荷電流は、集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れ、第２のスイッチ３２を通る。図３に示す実施形態によれば、第１のスイッチ３１は、ｐチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＰチャネルＭＯＳＦＥＴ）であり、第２のスイッチ３２はｎチャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ）である。他の実施形態において、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、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）などの、その他の電界効果トランジスタとすることができることを理解されたい。

本開示の別の実施形態において、図４に示すように、第１のスイッチ３１は、高レベルでオンになるスイッチトランジスタであり、第２のスイッチ３２は、単方向ダイオードであり、第１のスイッチ３１の制御端子及び第２のスイッチ３２のカソードは磁界検出回路２０に接続される。第１のスイッチ３１の電流入力端子は、第２の電源５０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のアノードは、出力ポートＰｏｕｔに接続される。第１のスイッチ３１は、第１の電流路内で出力ポートＰｏｕｔに接続され、出力ポートＰｏｕｔ、第２のスイッチ３２及び磁界検出回路２０は、第２の電流路内で接続する。磁界検出回路２０により出力される磁界検出情報が高レベルの場合、第１のスイッチ３１はオンになり、第２のスイッチ３２はオフになり、負荷電流は、第２の電源５０から第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔを通って集積回路の外部へ流れる。磁界検出回路２０により出力される磁界検出情報が低レベルの場合、第２のスイッチ３２はオンになり、第１のスイッチ３１はオフになり、負荷電流は、集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れ、第２のスイッチ３２を通る。本開示の他の実施形態において、第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、さらに他の構造を有することができ、これは場合に応じて本開示において限定されないことを理解することができる。

本開示の別の実施形態において、出力制御回路３０は、電流が出力ポートから外部へ流れる第１の電流路と、電流が出力ポートから内部へ流れる第２の電流路と、第１の電流路及び第２の電流路の一方に接続するスイッチとを含み。ここでスイッチは、磁界検出回路により出力される磁界検出情報により制御され、第１の電流路及び第２の電流路が選択的にオンにされることを可能にする。スイッチは、第１の電流路及び第２の電流路の他方には設けられないことが好ましい。

実施形態として、図５に示すように、出力制御回路３０は、単方向スイッチ３３を含み、単方向スイッチ３３は、第１の電流路内で出力ポートＰｏｕｔに接続され、単方向スイッチ３３の電流入力端子は、磁界検出回路２０の出力端子に接続することができ、磁界検出回路２０の出力端子はさらに、第１の電流路の方向の反対方向を有する第２の電流路内で抵抗器Ｒ１を通じて出力ポートＰｏｕｔに接続することができる。磁界検知信号が高レベルの場合、単方向スイッチ３３はオンになり、負荷電流は、単方向スイッチ３３及び出力ポートＰｏｕｔを通って集積回路の外部へ流れる。磁界検知信号が低レベルの場合、単方向スイッチ３３はオフになり、負荷電流は、集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れ、抵抗器Ｒ１及び磁界検出回路２０を通る。別の選択肢として、第２の電流路内の抵抗器Ｒ１は、単方向スイッチ３３とは逆並列の別の単方向スイッチで置き換えることができる。このようにして、出力ポートから流れ出す負荷電流と出力ポートへ流れ込む負荷電流との間の均衡が取られる。

別の実施形態において、図５Ａに示すように、出力制御回路３０は、その両方が磁界検出回路２０の出力端子と出力ポートＰｏｕｔとの間に逆直列接続されたダイオードＤ１及びＤ２と、直列のダイオードＤ１及びＤ２に対して並列に接続された抵抗器Ｒ１と、ダイオードＤ１及びＤ２の共通端子と電源Ｖｃｃとの間に接続された抵抗器Ｒ２と、を含む。ダイオードＤ１のカソードは、磁界検出回路２０の出力端子に接続される。電源Ｖｃｃは、整流回路の出力端子に接続することができる。ダイオードＤ１は、磁界検出情報により制御される。磁界検出情報が高レベルの場合、ダイオードＤ１はオフになり、負荷電流は、出力ポートＰｏｕｔから外部へ抵抗器Ｒ２及びダイオードＤ２を通って流れる。磁界検出情報が低レベルの場合、負荷電流は、外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れ、抵抗器Ｒ１及び磁界検出回路２０を通って流れる。

上記実施形態のいずれかに基づいて、本開示の実施形態において、入力ポートは、外部ＡＣ電源に接続するように構成された入力ポートを含み、出力制御回路３０は、磁界検出情報及びＡＣ電源の極性に基づいて、互いに切り換えられる第１の状態及び第２の状態の少なくとも一方の状態で集積回路が動作することを可能にする。好ましくは、磁界検出回路２０は、出力制御回路３０と同じ電源を有することができる。

上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、出力制御回路３０は、交流電源が正の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０により検出される外部磁界の極性が第１の極性である場合若しくは交流電源が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路により検出される外部磁界の極性が第１の極性の逆の第２の極性である場合、出力ポートが、流れる負荷電流を有することを可能にするように構成され、及び交流電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界の極性が第２の極性である場合若しくは交流電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界の極性が第１の極性である場合、出力ポートが、流れる負荷電流を有さないことを可能にするように構成される。交流電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界の極性が第１の極性である場合、又は交流電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界の極性が第２の極性である場合、出力ポートが流れる負荷電流を有する状況は、出力ポートが上記２つの場合の全期間中、流れる負荷電流を有する状況であってもよく、又は出力ポートが上記２つの場合の一部期間中、流れる負荷電流を有する状況であってもよいことに留意されたい。

上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、入力ポートは、外部ＡＣ電源を接続するように構成された第１の入力ポート及び第２の入力ポートを含むことができる。本開示において、外部電源に接続された入力ポートは、入力ポートが外部電源の２つの端子に直接接続される場合、及び入力ポートが外部負荷と直列に外部電源の２つの端子間に接続される場合を含み、これは場合に応じて本開示において限定されない。図６に示すように、本開示の実施形態において、整流回路は、外部ＡＣ電源７０により出力された交流を直流に変換するように構成された整流回路６０をさらに含む。

本開示の実施形態において、整流回路６０に接続された出力制御回路３０は、少なくとも磁界検出情報に基づいて、互いに切り換えられる、負荷電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れる第１の状態及び負荷電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れる第２の状態の一方の状態で集積回路が動作することを可能にするように構成することができ、ここで負荷電流はさらに整流回路６０を通って流れることに留意されたい。

上記実施形態に基づいて、本開示の好ましい実施形態において、集積回路は、整流回路６０と磁界検出回路２０との間に配置された電圧調整器回路８０をさらに含む。この実施形態において、整流回路６０は、第２の電源５０としての役割を果たすことができ、電圧調整器回路８０は、第１の電源４０としての役割を果たすことができる。電圧調整器回路８０は、整流回路６０により出力された第１の電圧を第２の電圧に調整するように構成され、第２の電圧は、磁界検出回路２０に対する供給電圧であり、第１の電圧は、出力制御回路３０に対する供給電圧であり、第１の電圧の平均値を第２の電圧の平均値より高くして、集積回路の電力消費を削減し、かつ集積回路が十分な駆動能力を有することを可能にする。

本開示の特定の実施形態において、図７に示すように、整流回路６０は、全波ブリッジ整流器６１と、全波ブリッジ整流器６１の出力端子に接続された電圧安定化ユニット６２とを含む。全波ブリッジ整流器６１は、ＡＣ電源７０により出力された交流を直流に変換するように構成され、電圧安定化ユニット６２は、全波ブリッジ整流器６１により出力されたＤＣ信号を事前設定値範囲内に入るように安定化するように構成される。

図８は、整流回路６０の特定の回路を示す。電圧安定化ユニット６２は、全波ブリッジ整流器６１の２つの出力端子間に接続されたツェナーダイオード６２１を含む。全波ブリッジ整流器６１は、直列接続された第１のダイオード６１１及び第２のダイオード６１２、並びに直列接続された第３のダイオード６１３及び第４のダイオード６１４を含み、第１のダイオード６１１及び第２のダイオード６１２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及び第４のダイオード６１４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。

詳細には、全波ブリッジ整流の接地出力端子は、第１のダイオード６１１の入力端子を第３のダイオード６１３の入力端子に電気的に接続することにより形成され、全波ブリッジ整流器の電圧出力端子は、第２のダイオード６１２の出力端子を第４のダイオード６１４の出力端子に電気的に接続することにより形成され、ツェナーダイオード６２１は、第２のダイオード６１２及び第４のダイオード６１４の共通端子と、第１のダイオード６１１及び第３のダイオード６１３の共通端子との間に接続される。本開示の実施形態において、出力制御回路３０の電力端子は、全波ブリッジ整流器６１の電圧出力端子に電気的に接続されることができることに留意されたい。

上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、図９に示すように、磁界検出回路２０は、外部磁界を検出し、かつ外部磁界を電気信号に変換するように構成された磁界検出要素２１と、電気信号を増幅し、かつ逆スクランブルするように構成された信号処理ユニット２２と、増幅され逆スクランブルされた電気信号を磁界検出情報に変換するように構成されたアナログ−デジタル変換ユニット２３とを含む。磁界検出情報は、外部磁界の磁界極性を識別するだけの用途に対しては、オンオフ式デジタル信号とすることができる。磁界検出要素２１は、ホール（Ｈａｌｌ）プレートであることが好ましい。

好ましい実施形態において、入力ポートがどちらも外部ＡＣ電源に接続するように構成された第１の入力ポート及び第２の入力ポートを含む場合、第１の状態又は第２の状態の出現頻度は、ＡＣ電源の周波数に比例する。本開示は、本明細書において限定されないことを理解されたい。

以下、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路を特定の用途に関連して説明する。

図１０に示すように、本開示の実施形態により、モータ構成要素がさらに提供される。モータ構成要素は、ＡＣ電源１００により電力供給されるモータ２００と、モータ２００に直列接続された双方向スイッチ３００と、上記実施形態のいずれかによる磁気センサ集積回路４００とを含み、磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向スイッチ３００の制御回路に電気的に接続される。好ましくは、双方向スイッチ３００は、トライアック（ＴＲＩＡＣ）とすることができる。双方向スイッチは、その他の型式の適切なスイッチにより実現することができることを理解されたい。例えば、双方向スイッチは、２つの逆並列シリコン制御整流器を含むことができ、対応する制御回路が設けられ、磁気センサ集積回路の出力ポートの出力信号は、制御回路を通って流れ、２つのシリコン制御整流器を事前設定された方式で制御する。

好ましくは、モータ構成要素は、ＡＣ電源１００の電圧を下げて磁気センサ集積回路４００に低下した電圧を提供するための電圧降下回路５００をさらに含む。磁気センサ集積回路４００は、回転子の磁界の変化を検知するためにモータ２００の回転子の近くに配置される。

上記実施形態に基づいて、本開示の特定の実施形態において、モータは、同期モータである。磁気センサ集積回路は、同期モータ、並びにブラシレスＤＣモータなどの他の型式の永久磁石モータに適用可能であることを理解されたい。図１１に示すように、同期モータは、固定子と、固定子に対して回転可能な回転子１１とを含む。固定子は、固定子鉄心１２と、固定子鉄心１２上に巻回された固定子巻線１６とを含む。固定子鉄心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。回転子１１は、永久磁石を含み、回転子１１は、固定子巻線１６がＡＣ電源に直列接続されている場合、定常状態相の間、一定の回転数６０ｆ／ｐ回転／分で動作し、ここでｆはＡＣ電源の周波数であり、ｐは回転子の極対の数である。実施形態において、固定子鉄心１２は、互いに逆の２つの極１４を含む。極１４の各々は、磁極弧（ｐｏｌｅ ａｒｃ）１５を含み、回転子１１の外面は、磁極弧１５の反対であり、回転子１１の外面と磁極弧１５との間に実質的に均一なエアギャップ１３が形成される。本開示における「実質的に均一なエアキャップ」は、均一なエアギャップが固定子と回転子との間の大部分の空間内に形成され、不均一なエアギャップが固定子と回転子との間の小部分に形成されることを意味する。好ましくは、凹形の始動溝１７を固定子の極の磁極弧１５内に配置することができ、磁極弧１５の始動溝１７以外の部分は、回転子と同心にすることができる。上述の構成により、不均一な磁界を形成することができ、回転子の極軸Ｓ１は、回転子が静止している場合、固定子の極の中心軸Ｓ２に対して傾斜した角度を有しており、回転子は、集積回路の作用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。詳細には、「回転子の極軸Ｓ１」は、異なる極性を有する２つの磁極間の境界を指し、「固定子の極１４の中心軸Ｓ２」は、固定子の２つの極１４の中心点を通る接続線を指す。実施形態において、固定子及び回転子は両方とも２つの磁極を含む。固定子の磁極の数は、回転子の磁極の数と等しくない場合があり、固定子及び回転子は、他の実施形態では、より多くの磁極、例えば４磁極または６磁極を有することができることを理解することができる。他の型式の不均一エアギャップを回転子と固定子との間に代替的に形成することができることは理解できるであろう。

上記実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、出力制御回路３０は、ＡＣ電源１００が正の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０により検出される永久磁石回転子の磁界の極性が第１の極性である場合、若しくはＡＣ電源１００が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０により検出される永久磁石回転子の磁界の極性が第１の極性の逆の第２の極性である場合、双方向スイッチ３００をオンにするように構成され、又はＡＣ電源１００が負の半周期にあり、かつ永久磁石回転子の磁界の極性が第１の極性である場合、若しくはＡＣ電源１００が正の半周期にあり、かつ永久磁石回転子の磁界の極性が第２の極性である場合、双方向スイッチ３００をオフにするように構成される。

好ましくは、出力制御回路３０は、ＡＣ電源１００により出力される信号が正の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０により検出される永久磁石回転子の極性が第１の極性である場合、電流が集積回路から双方向スイッチ３００に流れるように制御すべく構成され、又はＡＣ電源１００により出力される信号が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０により検出される永久磁石回転子の極性が第１の極性の逆の第２の極性である場合、電流が双方向切り換えスイッチ３００から集積回路に流れるように制御すべく構成される。永久磁石回転子の極性が第１の極性であり、かつ交流電源が正の半周期にある場合、及び、又は永久磁石回転子の極性が第２の極性であり、かつ交流電源が負の半周期にある場合、集積回路が流れる電流を有する状態は、集積回路が上記２つの場合の全期間中、流れる電流を有する状態であってもよく、又は集積回路が上記２つの場合の一部期間中、流れる電流を有する状態であってもよいことを理解されたい。

本開示の好ましい実施形態において、双方向スイッチ３００は、トライアック（ＴＲＩＡＣ）とすることができ、整流回路６０は、図８に示すような回路となるように構成され、出力制御回路は、図４に示すような回路となるように構成され、出力制御回路３０内の第１のスイッチ３１の電流入力端子は、全波ブリッジ整流器６１の電圧出力端子に接続され、第２のスイッチ３２の電流出力端子は、全波ブリッジ整流器６１の接地出力端子に接続される。ＡＣ電源１００により出力される信号が正の半周期にあり、かつ磁気検出回路２０が低レベルを出力する場合、出力制御回路３０内で第１のスイッチ３１はオン及び第２のスイッチ３２はオフになり、電流は、ＡＣ電源１００、モータ２００、集積回路４００の第１の入力端子、電圧降下回路（図４には示されていない）、全波ブリッジ整流器６１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を順番に通って流れ、双方向スイッチ３００の出力ポートからＡＣ電源１００に戻る。ＴＲＩＡＣ３００がオンになった後、電圧降下回路５００及び磁気センサ集積回路４００により形成される直列分岐は短絡され、磁気センサ集積回路４００は、電源を欠くので出力を停止する。ＴＲＩＡＣ３００の２つのアノードを通って流れる電流は十分に大きいので、ＴＲＩＡＣ３００は、その制御端子と第１のアノードとの間の駆動電流がない条件下でオン状態のままである。ＡＣ電源１００により出力される信号が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０が高レベルを出力する場合、出力制御回路３０内で第１のスイッチ３１がオフ及び第２のスイッチ３２がオンになり、電流は、ＡＣ電源１００から流れ、双方向スイッチ３００から出力ポートへ、出力制御回路３０の第２のスイッチ３２、全波ブリッジ整流器６１の接地出力端子及び第１のダイオード６１１、集積回路４００の第１の入力端子、並びにモータ２００を通ってＡＣ電源１００に戻る。同様に、ＴＲＩＡＣ３００がオンになった後、磁気センサ集積回路４００が短絡されるので、磁気センサ集積回路４００は出力を停止し、ＴＲＩＡＣ３００はオン状態を維持することができる。ＡＣ電源１００により出力される信号が正の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０が高レベルを出力する場合、又はＡＣ電源１００により出力される信号が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０が低レベルを出力する場合、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のいずれもがオンになることができず、ＴＲＩＡＣ３００がオフになる。したがって、出力制御回路３０は、ＡＣ電源１００の極性及び磁界検出情報に基づいて、集積回路が、双方向スイッチ３００を事前設定された方式でオン状態とオフ状態との間で切り換えるように制御すること、次いで固定子巻線１６の通電モードを制御することを可能にすることができ、その結果、固定子により発生される変動磁界は、回転子の磁界の位置と適合し、そして回転子を引きずって単一方向で回転させるようになっており、それにより、モータが通電されるたびに回転子が一定方向に回転することを可能にする。

上記説明から分かるように、本開示の実施形態による磁気センサ集積回路は、入力ポート、出力ポート、磁界検出回路２０及び出力制御回路３０を含む。磁界検出回路２０は、外部磁界を検出し、磁界検出情報を出力するように構成される。出力制御回路３０は、少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路が、互いに切り換えられる、負荷電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れる第１の状態及び負荷電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れる第２の状態の一方の状態で動作することを可能にするように構成される。したがって、磁気センサ集積回路がモータ構成要素に適用される場合、モータ構成要素内のモータの回転子における磁界検出情報を磁界検出回路２０により検出することができ、その結果、出力制御回路３０は、少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路が、互いに切り換えられる、負荷電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れる第１の状態及び負荷電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れる第２の状態の一方の状態で動作することを可能にし、モータ構成要素内のモータの回転子は、回転子が始動するたびにいつも同じ方向に回転することを保証されることができる。

本開示の別の実施形態によるモータ構成要素において、モータは、外部交流電源の２つの端子間に双方向スイッチと直列に接続することができ、モータ及び双方向スイッチにより形成される第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り形成される第２の直列分岐と並列である。磁気センサ集積回路の出力端子は、双方向スイッチに接続され、双方向スイッチが事前設定された方式でオン状態とオフ状態との間で切り換わるように制御し、固定子巻線の電力モードをさらに制御する。

本開示の実施形態によるモータ構成要素は、限定しないが、ポンプ、ファン、家庭用電化製品及び車両などの装置に適用することができ、家庭用電化製品は、例えば、洗濯機、食洗機、排煙装置、及び換気扇とすることができる。

本開示の実施形態をモータに応用される集積回路を例にとって説明したが、本開示の実施形態による集積回路の応用分野は本明細書において限定されないことに留意されたい。

この明細書内の部分は、漸進的に説明され、その各々は他の部分との違いを強調し、部分の中でも同じまたは類似の部分は互いに参照することができることに留意されたい。

「第１」、「第２」及びそれと同じような、関係性を示す用語は、本明細書においては、１つの実体または動作を他のものと区別するためにのみ用いられるものであり、実体又は動作の間に実際の関係又は順序が存在することを要する又は含意するものではない。さらに、「含む」、「備える」又はその他のいかなる変形も、非排他的であることが意図される。したがって、複数の要素を含むプロセス、方法、物品若しくは装置は、開示された要素のみを含むのではなく、明確に列挙されていない他の要素も含み、又は該プロセス、方法、物品若しくは装置の固有の要素も含む。別途明示的に限定されない限り、「．．．を含む」という言明は、列挙された要素以外にプロセス、方法、物品又は装置内に他の同様の要素が存在し得る場合を排除しない。

本明細書の実施形態の説明は、当業者が本開示を実装すること又は使用することを可能にする。実施形態に対する多数の変更は当業者には明らかであり、本明細書で定められた一般原理は、本開示の思想又は範囲から逸脱することなく他の実施形態で実装することができる。したがって、本開示は、本明細書で説明される実施形態に限定される必要はなく、本明細書で開示された原理及び新規の特徴と矛盾しない最も広い範囲に従う。

１１：回転子
１２：固定子鉄心
１４：極
１５：磁極弧
１６：固定子巻線
１７：始動溝
３０：出力制御回路
３１：第１のスイッチ
３２：第２のスイッチ
３３：単方向スイッチ
１００：ＡＣ電源
２００：モータ
４００：集積回路
６１１：第１のダイオード
６１２：第２のダイオード
６１３：第３のダイオード
６１４：第４のダイオード
６２１：ツェナーダイオード
Ａ１、Ａ２：入力ポート
Ｐｏｕｔ：出力ポート

Claims (10)

1. 磁気センサ集積回路であって、
   少なくとも１つの入力ポート及び出力ポートと、
   外部磁界及びそれに応じて出力磁界検出情報を検出するように構成された磁界検出回路と、
   少なくとも前記磁界検出情報に基づいて、前記集積回路が、少なくとも、電流が前記出力ポートから前記集積回路の外部へ流れる第１の状態と、電流が前記集積回路の前記外部から前記出力ポートへ流れる第２の状態との間で切り換わることを可能にするように構成された出力制御回路と、
   を備えることを特徴とする、磁気センサ集積回路。
2. 前記磁界検出回路は、第１の電源により電力供給され、前記出力制御回路は、前記第１の電源とは異なる第２の電源により電力供給されることを特徴とする、請求項１に記載の集積回路。
3. 前記第１の電源の出力電圧の平均値は、前記第２の電源の出力電圧の平均値より低いことを特徴とする、請求項２に記載の集積回路。
4. 少なくとも１つの入力ポートは、外部交流電源に接続するように構成された入力ポートを含み、前記出力制御回路は、前記交流電源の極性及び前記磁界検出情報に基づいて、前記集積回路が少なくとも前記第１の状態と前記第２の状態との間で切り換わることを可能にするように構成されることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載の集積回路。
5. 前記出力制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを備え、前記第１のスイッチは、第１の電流路内で前記出力ポートに接続され、前記第２のスイッチは、前記第１の電流路の方向の逆方向を有する第２の電流路内で前記出力ポートに接続され、前記第１のスイッチ及び前記第２のスイッチは、前記磁界検出情報に基づいて選択的にオンにされ、又は
   前記出力制御回路は、電流が前記出力ポートから外部へ流れる第１の電流路と、電流が前記出力ポートから内部へ流れる第２の電流路と、前記第１の電流路及び前記第２の電流路の一方に接続されたスイッチとを備え、前記スイッチは、前記磁界検出回路により出力される前記磁界検出情報により制御され、前記第１の電流路及び前記第２の電流路が選択的にオンにされることを可能する、
   ことを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれかに記載の集積回路。
6. 前記出力制御回路は、前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記磁界検出回路により検出される外部磁界の極性が第１の極性である場合、若しくは前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記磁界検出回路により検出される前記外部磁界の前記極性が前記第１の極性の逆の第２の極性である場合、前記出力ポートを、そこを通って流れる負荷電流を有するように制御すべく構成され、及び、前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界の前記極性が前記第２の極性である場合、又は前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界の前記極性が前記第１の極性である場合、前記出力ポートを、そこを通って流れる負荷電流を有さないように制御すべく構成されることを特徴とする、請求項４〜請求項５のいずれかに記載の集積回路。
7. 前記少なくとも１つの入力ポートは、外部交流電源に接続するように構成された第１の入力ポート及び第２の入力ポートを含み、前記集積回路は、前記外部交流電源により出力される交流を直流に変換するように構成された整流回路をさらに備えることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれかに記載の集積回路。
8. 前記整流回路により出力された第１の電圧を第２の電圧に調整するように構成された電圧調整器回路をさらに備え、前記第２の電圧は、前記磁界検出回路に供給され、前記第１の電圧は、前記出力制御回路に供給され、前記第１の電圧の平均値は、前記第２の電圧の平均値よりも高いことを特徴とする、請求項７に記載の集積回路。
9. モータとモータ駆動回路とを備えたモータ構成要素であって、前記モータ駆動回路が請求項１〜請求項８のいずれかに記載の磁気センサ集積回路を含むことを特徴とする、モータ構成要素。
10. 前記モータ駆動回路が、外部交流電源の２つの端子間に前記モータと直列の双方向スイッチをさらに備え、前記磁気センサ集積回路の前記出力ポートは、前記双方向スイッチの制御端子に接続されることを特徴とする、請求項９に記載のモータ構成要素。

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