JP3207075U - 応用機器及びモータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】回転子の磁極位置に基づいてモータの正転又は逆転を制御するモータ駆動回路を提供する。【解決手段】モータ駆動回路１８は、第１のノードと第２ノードとの間に交流スイッチ２６が接続される。第１のノード及び第２のノードに回転方向制御回路５０が接続され、選択的に、モータの巻線を介して第１のノードを交流電源の第１の端子に接続しかつ第２のノードを交流電源の第２の端子に接続するか、又は第１のノードを交流電源の第２の端子に接続しかつモータの巻線を介して第２のノードを交流電源の第１の端子に接続する。検出回路は、回転子の磁極位置を検出する。スイッチ制御回路は、磁極位置信号、及び第１のノードと第２ノードとの間の電位差に基づいて、所定の方法で交流スイッチをオン又はオフにする。【選択図】図２

Description

本考案は、モータ制御の技術分野に関し、より具体的には、モータ駆動回路及び応用機器に関する。

モータは、電磁誘導の法則に従って電力を変換又は転換するための電磁気機器を指す。モータは、主に、電気器具又は機械装置ための駆動源としての役割を果たす駆動トルクを生成するように機能する。本考案は、モータの正転及び逆転を制御することができるモータ駆動回路を提供することを目的とする。

本考案の実施形態によるモータ駆動回路が提供される。モータ駆動回路は、モータの回転子を駆動してモータの固定子に対して回転させるように構成される。モータ駆動回路は、
第１のノードと第２のノードとの間に接続された制御可能双方向交流スイッチと、
第１のノード及び第２のノードに接続された回転方向制御回路であって、選択的に、第１のノードをモータの巻線を介して外部交流電源の第１の端子に接続しかつ第２のノードを外部交流電源の第２の端子に接続するか、又は第１のノードを外部交流電源の第２の端子に接続しかつモータの巻線を介して第２のノードを外部交流電源の第１の端子に接続するように構成された回転方向制御回路と、
回転子の磁極位置を検出して磁極位置信号を出力端子から出力するように構成された検出回路と、
検出回路によって出力される磁極位置信号、及び第１のノードの電位と第２のノードの電位との間の電位差に基づいて、制御可能双方向交流スイッチをオン又はオフになるように所定の方法で制御するように構成されたスイッチ制御回路と、
を含む。

好ましい実施形態では、スイッチ制御回路は、第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも高くかつ検出回路が第１の磁極位置信号を出力する場合、又は第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも低くかつ検出回路が第２の磁極位置信号を出力する場合、制御可能双方向交流スイッチをオンにするように構成され、もしくは第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも高くかつ検出回路が第２の磁極位置信号を出力する場合、又は第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも低くかつ検出回路が第１の磁極位置信号を出力する場合、制御可能双方向交流スイッチをオフにするように構成される。

好ましい実施形態では、回転子は、回転方向制御回路が、モータの巻線を介して第１のノードを外部交流電源の第１の端子に接続しかつ第２のノードを外部交流電源の第２の端子に接続する場合に第１の方向に回転し、又は回転子は、回転方向制御回路が、第１のノードを外部交流電源の第２の端子に接続しかつモータの巻線を介して第２のノードを外部交流電源の第１端子に接続する場合に反対方向の第２の方向に回転する。

好ましい実施形態では、回転方向制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含み、第１のスイッチ及び第２のスイッチの各々は、第１の端子、第２の端子及び第３の端子を含み、第１のスイッチの第１の端子は第１のノードに接続され、第１のスイッチの第２の端子はモータの巻線を介して外部交流電源の第１の端子に接続され、第１のスイッチの第３の端子は外部交流電源の第２の端子に接続され、第２のスイッチの第１の端子は第２のノードに接続され、第２のスイッチの第２の端子は第１のスイッチの第２の端子に接続され、第２のスイッチの第３の端子は外部交流電源の第２の端子に接続され、モータが第１の方向に回転する場合、第１のスイッチの第１の端子は第１のスイッチの第２の端子に接続され、第２のスイッチの第１の端子は第２のスイッチの第３の端子に接続され、モータが反対方向の第２の方向に回転する場合、第１のスイッチの第１の端子は第１のスイッチの第３の端子に接続され、第２のスイッチの第１の端子は第２のスイッチの第２の端子に接続される。

好ましい実施形態では、モータ駆動回路は、少なくとも検出回路に直流電圧を供給するように構成された整流器をさらに含む。

好ましい実施形態では、整流器は、電圧降下器を介して第１のノードに接続される、又は整流器は、電圧降下器及びモータの巻線を介して外部交流電源の第１の端子に接続される。

好ましい実施形態では、整流器、検出回路、スイッチ制御回路、及び回転方向制御回路のうちの少なくとも２つ又は全ては、集積回路に統合される。

好ましい実施形態では、検出回路、スイッチ制御回路、及び回転方向制御回路のうちの少なくとも２つ又は全ては、集積回路に統合される。

本考案の実施形態によるモータ駆動回路が提供される。モータ駆動回路は、モータの回転子を駆動してモータの固定子に対して回転させるように構成される。モータ駆動回路は、
第１のノードと第２のノードとの間でモータの巻線と直列に接続された制御可能双方向交流スイッチと、
第１のノード及び第２のノードに接続された回転方向制御回路であって、選択的に、第１のノードを外部交流電源の第１の端子に接続しかつ第２のノードを外部交流電源の第２の端子に接続するか、又は第１のノードを外部交流電源の第２の端子に接続しかつ第２のノードを外部交流電源の第１の端子に接続するように構成された回転方向制御回路と、
回転子の磁極位置を検出して磁極位置信号を出力端子から出力するように構成された検出回路と、
検出回路によって出力される磁極位置信号、第１のノード電位及び第２のノードの電位に基づいて、制御可能双方向交流スイッチをオン又はオフになるように所定の方法で制御するように構成されたスイッチ制御回路と、
を含む。

好ましい実施形態では、モータ駆動回路は、検出回路に少なくとも直流電圧を供給するように構成された整流器をさらに備え、整流器は、電圧降下器を介して第１のノードに接続され、又は整流器は、電圧降下器及びモータの巻線を介して外部交流電源の第１の端子に接続される。

好ましい実施形態では、スイッチ制御回路は、第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも高くかつ検出回路が第１の磁極位置信号を出力する場合、又は第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも低くかつ検出回路が第２の磁極位置信号を出力する場合、制御可能双方向交流スイッチをオンにするように構成され、もしくは第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも高くかつ検出回路が第２の磁極位置信号を出力する場合、又は第１のノードの電位が第２のノードの電位よりも低くかつ検出回路が第１の磁極位置信号を出力する場合、制御可能双方向交流スイッチをオフにするように構成される。

好ましい実施形態では、回転子は、回転方向制御回路が、モータの巻線を介して第１のノードを外部交流電源の第１端子に接続しかつ第２のノードを外部交流電源の第２の端子に接続する場合、第１の方向に回転し、又は回転子は、回転方向制御回路が、第１のノードを外部交流電源の第２の端子に接続しかつモータの巻線を介して第２のノードを外部交流電源の第１端子に接続する場合、反対方向の第２の方向に回転する。

好ましい実施形態では、回転方向制御回路は第１のスイッチ及び第２のスイッチを含み、第１のスイッチ及び第２のスイッチの各々は、第１の端子、第２の端子及び第３の端子を含み、第１のスイッチの第１の端子は第１のノードに接続され、第１のスイッチの第２の端子はモータの巻線を介して外部交流電源の第１の端子に接続され、第１のスイッチの第３の端子は外部交流電源の第２の端子に接続され、第２のスイッチの第１の端子は第２のノードに接続され、第２のスイッチの第２の端子は第１のスイッチの第２の端子に接続され、第２のスイッチの第３の端子は外部交流電源の第２の端子に接続され、モータが第１の方向に回転する場合、第１のスイッチの第１の端子は第１のスイッチの第２の端子に接続され、第２のスイッチの第１の端子は第２のスイッチの第３の端子に接続され、回転子が反対方向の第２の方向に回転する場合、第１のスイッチの第１の端子は第１のスイッチの第３の端子に接続され、第２のスイッチの第１の端子は第２のスイッチの第２の端子に接続される。

本考案の実施形態によれば、固定子と、回転子と、上記に記載のいずれかによるモータ駆動回路とを含むモータを有する応用機器が提供される。

好ましい実施形態では、モータは、単相永久磁石交流モータを含む。

好ましい実施形態では、モータは、単相永久磁石同期モータ又は単相の永久磁石ブラシレスの直流（ＢＬＤＣ）モータを含む。

本考案の実施形態によるモータ駆動回路は、回転子の磁極位置に基づいて、モータの固定子巻線を通過する電流の方向を回転方向制御回路によって制御し、モータの正転又は逆転を制御する。モータ駆動回路は、構造が簡単で汎用性が高い。

本考案の実施形態によるモータを示す。 本考案の第１の実施形態によるモータの概略的な回路図である。 図２に示すモータ駆動回路によるモータの正転制御を示す回路図である。 図２に示すモータ駆動回路によるモータの正転制御を示す回路図である。 図２に示すモータ駆動回路によるモータの逆転制御を示す回路図である。 図２に示すモータ駆動回路によるモータの逆転制御を示す回路図である。 本考案の第２の実施形態によるモータの概略的な回路図である。 本考案の第３の実施形態によるモータの概略的な回路図である。 図８に示すモータ駆動回路によるモータの正転制御を示す回路図である。 図８に示すモータ駆動回路によるモータの逆転制御を示す回路図である。 本考案の第４の実施形態によるモータの概略的な回路図である。

以下、技術的解決法が、本考案の実施形態による図面と一緒に明確かつ完全に記載される。記載された実施形態は、本考案の実施形態の全てではなく一部であることは明らかである。当業者であれば、本考案の実施形態に基づいて、創作的作業を伴うことなく本考案の保護範囲に属する全ての他の実施形態を得ることができる。図面は、単に参考及び例示目的でありであり、本考案を限定するものではないことを理解されたい。各図面に示される接続は明瞭な説明を目的としており、接続形態を限定するものではない。

ある要素が別の要素に「接続される」と記載した場合、要素は、別の要素に直接的に又はそれらの間の中間要素を用いて接続できることに留意されたい。本考案におけるあらゆる技術的又は科学的用語の意味は、別途定義さない限りにおいて、当業者が通常理解するものと同一である。明細書中の用語は、単に特定の実施形態を示すものであり、本考案を限定するものではない。

図１は、本考案の実施形態による単相永久磁石モータを示す。モータ１０は、固定子と、この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、この固定子鉄心１２上に巻回された固定子巻線１６とを含む。固定子鉄心は、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電炉鋼及びケイ素鋼のような軟磁性材料で作ることができる。回転子１１は永久磁石を含む。固定子巻線１６が交流電源２４（図２参照）と直列に接続される場合、回転子１１は、定常状態フェーズ中に毎分回転数が一定の回転速度６０ｆ／ｐで作動し、ｆは交流電源の周波数、ｐは回転子の極対数である。実施形態では、固定子鉄心１２は、対向する２つの極１４を含む。極１４の各々は極弧１５を含む。回転子１１の外側面は、極弧１５と対向しており、それらの間に不均一な空隙がある。好ましくは、回転子１１の外側面と極弧１５との間に実質的に均一な空隙１３が形成される。本考案において「実質的に均一な空隙」は、固定子と回転子との間の大部分の空間に均一な空隙１３が形成され、固定子と回転子との間の空間の一部に不均一な空隙が形成されることを意味する。好ましくは、固定子の極の極弧１５には凹状の起動溝（ｓｔａｒｔｉｎｇ ｇｒｏｏｖｅ）１７を配置することができ、起動溝１７以外の極弧１５の部分は、回転子と同心とすることができる。上述した構成によれば、非均一な磁界を形成することができ、回転子が停止している場合、回転子の極性軸Ｓ１は、固定子の極の中心軸Ｓ２に対して所定の傾斜角を有し、回転子１１は、モータ駆動回路１８に応答してモータが通電される毎に起動トルクを受けることができる。詳細には、回転子の極性軸Ｓ１は、極性が異なる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。実施形態では、固定子及び回転子の各々は２つの磁極を含む。多くの実施形態では、回転子１１の外側面と極弧１５との間に他のタイプの不均一な空隙を形成することができ、固定子の磁極数は、回転子の磁極数と同じである必要はなく、固定子及び回転子は、４又は６の磁極といったより多くの磁極を有することができることを理解されたい。

図２は、本考案の第１の実施形態によるモータ１０の概略的な回路図である。モータ１０は、単相永久磁石同期モータを例として説明される。モータの固定子巻線１６は、交流電源２４の両端でモータ駆動回路１８に直列に接続される。モータ駆動回路１８は、モータの正転又は逆転を制御することができる。交流電源２４は、主電源が２２０Ｖ、２３０Ｖ等とすること、又はインバータによって出力される交流電流電源とすることができる。

本実施形態では、モータ駆動回路１８は、磁気センサ集積回路２７、整流器２８、制御可能双方向交流スイッチ２６、及び回転方向制御回路５０を含む。磁気センサ集積回路２７は、検出回路２０及びスイッチ制御回路３０（図３参照）を含む。制御可能双方向交流スイッチ２６は、第１のノードＡと第２のノードＢとの間に接続される。整流器２８は、少なくとも検出回路２０のための直流電圧を生成するように構成される。整流器２８は、抵抗Ｒ０を介してノードＡに接続される。抵抗Ｒ０は電圧降下器である。他の実施形態では、降下抵抗を設ける必要はないこと、又は他の適切な位置に設けることができることを理解されたい。回転方向制御回路５０は、第１のノードＡと第２のノードＢとを接続し、モータの回転方向設定値に基づいて、選択的に、固定子巻線１６を経由して第１のノードＡを外部交流電源２４の第１の端子に接続しかつ第２のノードＢを外部交流電源２４の第２の端子に接続するように、又は第１のノードＡを外部交流電源２４の第２の端子に接続しかつ固定子巻線を経由して第２のノードＢを外部交流電源の第１の端子に接続するように構成される。外部交流電源２４の第１の端子及び第２の端子は、それぞれ始動ワイヤ及びゼロラインとすることができる。検出回路２０は、回転子１１の磁極位置を検出して、磁極位置信号を該検出回路の出力端子から出力するように構成される。スイッチ制御回路３０は、検出回路２０によって出力される磁極位置信号に基づいて及び第１のノードＡの電位と第２のノードＢの電位との間の差分に基づいて、制御可能双方向交流スイッチ２６をオン又はオフになるように所定の方法で制御するように構成され、結果的にモータの正転又は逆転が制御される。

図３を参照すると、図２に示した第１の実施形態によるモータ駆動回路１８の回路図が提示される。検出回路２０は、モータの回転子１１の磁極位置を検出するように構成される。検出回路２０は、オンオフ式ホールセンサであることが好ましい。図３から図６は、検出回路２０の出力端子Ｈ１が論理高レベルの信号を又は論理低レベルの信号を出力する場合の回路の動作原理を単に示すものであり、これは理解を助けるためであり、検出回路２０の各端子の間の特定の接続を限定することを意図していないことに留意されたい。ホールセンサは、モータ１０に適用する場合、モータの回転子１１の近くに配置される。整流器２８は４つのダイオードＤ２からＤ５を含む。ダイオードＤ２のカソードはダイオードＤ３のアノードに接続され、ダイオードＤ３のカソードはダイオードＤ４のカソードに接続され、ダイオードＤ４のアノードはダイオードＤ５のカソードに接続され、ダイオードＤ５のアノードはダイオードＤ２のアノードに接続される。ダイオードＤ２のカソードは、整流器２８の第１の入力端子Ｉ１として機能し、抵抗Ｒ０を介して第１のノードＡに接続される。抵抗Ｒ０は電圧降下器としての機能を果たすことができる。ダイオードＤ４のアノードは、整流器２８の第２の入力端子Ｉ２として機能し、第２のノードＢに接続される。ダイオードＤ３のカソードは、整流器２８の第１の出力端子Ｏ１として機能し、検出回路２０及びスイッチ制御回路３０に接続される。第１の出力端子Ｏ１は、高い直流動作電圧を出力する。ダイオードＤ５のアノードは、整流器２８の第２の出力端子Ｏ２として機能し、検出回路２０に接続される。第２の出力端子Ｏ２は、第１の出力電圧よりも低い電圧を出力する。整流器２８の第１の出力端子Ｏ１と第２の出力端子Ｏ２との間にはツェナーダイオードＺ１が接続されており、ツェナーダイオードＺ１のアノードは第２の出力端子Ｏ２に接続され、ツェナーダイオードＺ１のカソードは第１の出力端子Ｏ１に接続される。

実施形態では、検出回路２０は、電源端子ＶＣＣ、アース端子ＧＮＤ、及び出力端子Ｈ１を含む。電源端子ＶＣＣは整流器２８の第１の出力端子Ｏ１に接続され、アース端子ＧＮＤは整流器２８の第２の出力端子Ｏ２に接続され、出力端子Ｈ１はスイッチ制御回路３０に接続される。検出回路２０の出力端子Ｈ１は、検出回路２０によって検出された回転子の磁気極性が「北向き」の場合に論理高レベルの磁極位置信号を出力し、検出回路２０によって検出された回転子の磁気極性が「南向き」の場合に論理低レベルの磁極位置信号を出力する。別の実施形態では、検出回路２０の出力端子Ｈ１は、検出された回転子の磁気極性が「北向き」の場合に論理低レベルの磁極位置信号を出力し、検出された回転子の磁気極性が南の場合に論理高レベルの磁極位置信号を出力する。

スイッチ制御回路３０は、整流器２８の第１の出力端子Ｏ１に接続された第１の端子と、検出回路２０の出力端子に接続された第２の端子と、制御可能双方向交流スイッチ２６の制御端子に接続された第３の端子とを含む。スイッチ制御回路３０は、抵抗Ｒ２、トライオードＱ１、ダイオードＤ１、及び抵抗Ｒ１を含む。ダイオードＤ１及び抵抗Ｒ１は、検出回路２０の出力端子Ｈ１と制御可能双方向交流スイッチ２６の制御端子との間に直列に接続される。トライオードＱ１はＮＰＮトライオードである。ダイオードＤ１のカソードは第２の端子として機能し、検出回路２０の出力端子Ｈ１に接続される。抵抗Ｒ２は、整流器２８の第１の出力端子Ｏ１に接続された端子と、検出回路２０の出力端子Ｈ１に接続された別の端子とを有する。トライオードＱ１は、検出回路２０の出力端子Ｈ１に接続されたベースと、ダイオードＤ１のアノードに接続されたエミッタと、第１の端子として機能しかつ整流器２８の第１出力端子Ｏ１に接続されたコレクタとを含む。ダイオードＤ１に接続されない抵抗Ｒ１の端子は第３の端子として機能する。

制御可能双方向交流スイッチ２６は、トライアックであることが好ましい。トライアックの２つのアノードＴ２及びＴ１は、第１のノードＡ及び第２のノードＢにそれぞれ接続され、制御端子Ｇは、スイッチ制御回路３０の第３の端子に接続される。制御可能双方向交流スイッチ２６は、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、制御可能シリコン整流器、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、半導体サイラトロン、及びオプトカプラのうちの１又は２以上で構成される、電流が両方向に流れることを可能にする電子スイッチを含むことを理解されたい。例えば、制御可能双方向交流スイッチは、２つの金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、又は２つの制御可能シリコン整流器、もしくは２つの絶縁ゲートバイポーラトランジスタ又はバイポーラ接合トランジスタによって形成することができる。

スイッチ制御回路３０は、第１のノードＡの電位が第２のノードＢの電位よりも高くかつスイッチ制御回路の第２の端子が第１の信号を受け取る場合、又は第１のノードＡの電位が第２のノードＢの電位よりも低くかつスイッチ制御回路の第２の端子が第２の信号を受け取る場合、制御可能双方向交流スイッチ２６をオンにするように構成され、第１のノードＡの電位が第２のノードＢの電位よりも高くかつスイッチ制御回路の第２の端子が第２の信号を受け取る場合、又は第１のノードＡの電位が第２のノードＢの電位よりも低くかつスイッチ制御回路の第２の端子が第１の信号を受け取る場合、制御可能双方向交流スイッチ２６をオフにするように構成される。第１の信号及び第２の信号は、検出回路２０によって出力される磁極位置信号である。実施形態では、第１の信号は論理高レベルの信号であり、第２の信号は論理低レベルの信号である。

回転方向制御回路５０は、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２を含む。第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２の各々は、第１の端子、第２の端子、及び第３の端子を含む。第１のスイッチの第１の端子ＳＣ１は第１のノードＡに接続され、第１のスイッチＳ１の第２の端子ＳＡ１は、モータの巻線１６を介して外部交流電源２４の第１の端子に接続され、第１のスイッチＳ１の第３の端子ＳＢ１は、外部交流電源２４の第２の端子に接続される。第２のスイッチＳ２の第１の端子ＳＣ２は、第２のノードＢに接続され、第２のスイッチＳ２の第２の端子ＳＡ２は、第１のスイッチＳ１の第２の端子ＳＡ１に接続され、第２のスイッチＳ２の第３の端子ＳＢ２は、外部交流電源の第２の端子に接続される。

モータ駆動回路１８の動作原理は、図３から図６を参照して以下に説明される。

電磁気理論によれば、単相永久磁石電動機の回転子の回転方向は、固定子巻線１６に対する電力供給を変えることで変更できる。検知回路２０によって検出された回転子の極性がＮであり、回転方向制御回路５０が、電流が固定子巻線１６を通過する、正の半周期で作動するように外部交流電源を制御する場合、モータは正方向（例えば時計回り（ＣＷ））に回転する。検知回路２０によって検出された回転子の極性が依然としてＮであり、回転方向制御回路５０が、電流が固定子巻線１６を通過する、負の半周期で作動するように外部交流電源を制御する場合、モータは逆方向（例えば反時計回り（ＣＣＷ））に回転することを理解されたい。本考案の実施形態は、この原理に従って、すなわちモータの正転又は逆転が、固定子巻線１６を通過する電流の方向を検知回路２０によって検出される回転子の極性に基づいて調整することによって制御されることに従って設計される。モータが逆転することが必要とされる場合、モータはまず停止し、次に回転方向制御回路５０がモータの回転方向を変更することを理解されたい。

図３及び図４を参照してモータが正転する例を説明する。図３を参照すると、モータが正転することが必要とされる場合、第１のスイッチＳ１の第１の端子のＳＣ１と第２の端子ＳＡ１とが互いに接続され、第２のスイッチＳ２の第１の端子ＳＣ２と第３の端子ＳＢ２が互いに接続される。モータの始動に際し、交流電源２４によって出力される電圧が正の半周期にあり、第１のノードＡの電位が第２のノードＢの電位よりも高く、検知回路２０によって検出される回転子の磁極位置がＮである場合、検知回路２０は、論理高レベル「１」の磁極位置信号をスイッチ制御回路３０に出力する。スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１はオフとなり、スイッチ制御回路３０のトライオードＱ１はオンとなる。スイッチ制御回路３０の第２の端子から流れる電流により、制御可能双方向交流スイッチ２６が駆動されてオンする。この手順において、固定子巻線１６を通過する電流の方向は、図３の矢印で、すなわち固定子巻線１６を下から上に流れる方向によって示され、回転子１１は時計回りに回転する。

図４を参照すると、第１のスイッチＳ１の第１端子ＳＣ１と第２の端子ＳＡ１とが互いに接続され、第２のスイッチＳ２の第１の端子ＳＣ２と第３の端子ＳＢ２とが互いに接続され、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２は、依然としてモータが正転することを可能にするように構成される。交流電源２４によって出力される電圧が負の半周期にあり、第２のノードＢの電位が第１のノードＡの電位よりも高く、検知回路２０によって検出される回転子の磁極位置がＳである場合、検知回路２０は、論理低レベル「０」の磁極位置信号を出力する。スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１はオンとなり、スイッチ制御回路３０のトライオードＱ１はオフとなる。電流は、負の半周期にある交流電源から、制御可能双方向交流スイッチ２６の制御端子Ｇ、抵抗Ｒ１、及びダイオードＤ１へ、図４に示す方向に流れる。制御可能双方向交流スイッチ２６がオンとなる。この手順において、固定子巻線１６を通過する電流の方向は、図４の矢印の方向、すなわち固定子巻線１６を上から下に流れる方向によって示され、回転子１１は時計回りに回転する。

第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２が接続されてモータが正転することが可能であり、交流電源が負の半周期にありかつ回転子の磁極位置がＮにあるか、又は交流電源が正の半周期にありかつ回転子の磁極位置がＳにある場合、スイッチ制御回路３０は、制御可能双方向交流スイッチ２６を作動させず、電流は固定子巻線１６を通過せず、回転子１１は慣性で回転する。モータが停止状態である場合、回転子１１は回転しない。

図５及び図６を参照してモータが逆転する状況を説明する。図５を参照すると、モータが逆転することが必要とされる場合、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２の状態が変化し、第１のスイッチＳ１の第１の端子ＳＣ１と第３の端子ＳＢ１とが互いに接続され、第２のスイッチＳ２の第１の端子ＳＣ２と第２の端子ＳＡ２とが互いに接続される。モータの始動に際し、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２の状態が変化するために、交流電源２４が負の半周期にある場合、第１のノードＡの電位が第２のノードＢの電位よりも高い。検知回路２０によって検出される回転子の磁極位置がＮである場合、検知回路２０は、論理高レベル「１」の磁極位置信号をスイッチ制御回路３０に出力する。スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１はオフとなり、スイッチ制御回路３０のトライオードＱ１はオンとなる。スイッチ制御回路３０の第２の端子から流れる電流により、制御可能双方向交流スイッチ２６が駆動されてオンとなる。この手順において、固定子巻線１６を通過する電流の方向は、図５の矢印によって示され、すなわち固定子巻線１６を上から下に流れる方向であり、これは図３に示すような回転子の磁極位置がＮである場合に電流が固定子巻線を通過する方向とは逆方向であり、回転子１１は反時計回りに回転する。

図６を参照すると、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２の状態が変化するため、交流電源２４によって出力される電圧が正の半周期にある場合、第２のノードＢの電位が第１のノードＡの電位よりも高い。検知回路２０によって検出される回転子の磁極位置がＳである場合、検知回路２０は、論理低レベル「０」の磁極位置信号を出力する。スイッチ制御回路３０のダイオードＤ１はオンとなり、スイッチ制御回路３０のトライオードＱ１はオフとなる。電流は、正の半周期にある交流電源から、制御可能双方向交流スイッチ２６の制御端子Ｇ、抵抗Ｒ１及びダイオードＤ１へ、図６に示す方向に流れる。制御可能双方向交流スイッチ２６がオンとなる。この手順において、固定子巻線１６を通過する電流の方向は、図６の矢印によって示され、すなわち固定子巻線１６を下から上に流れる方向であり、これは図４に示すような回転子の磁極位置がＳである場合に電流が固定子巻線を通過する方向とは逆方向であり、回転子１１は反時計回りに回転する。

第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２が接続されてモータが逆転することが可能であり、交流電源が正の半周期にありかつ回転子の磁極位置が北向きにあるか、又は交流電源が負の半周期にありかつ回転子の磁極位置が南向きにある場合、スイッチ制御回路３０は、制御可能双方向交流スイッチ２６を作動させず、電流は固定子巻線１６を通過せず、回転子１１は慣性で回転する。モータが停止状態である場合、回転子１１は回転しない。

要するに、回転方向制御回路５０は、モータの回転方向設定値に基づいて、選択的に、モータの巻線１６を介して第１のノードＡを外部交流電源２４の第１の端子に接続しかつ第２のノードＢを外部交流電源２４の第２の端子に接続するか、又は第１のノードＡを外部交流電源２４の第２の端子に接続しかつモータの巻線１６を介して第２のノードＢを外部交流電源２４の第１に端子に接続して、第１のノードＡの電位と第２のノードＢの電位との間の電位差を制御する。スイッチ制御回路３０は、磁極位置信号及び第１のノードＡの電位と第２のノードＢの電位との間の電位差に基づいて、制御可能双方向交流スイッチをオン又はオフとして、固定子巻線１６を通過する電流の方向を制御してモータの回転方向を制御する。

本考案における原理によれば、外部交流電源２４、固定子巻線１６、及びモータ駆動回路は、他の方法で接続することができる。図７を参照すると、本考案の第２の実施形態によるモータの概略的な回路図が示されている。図７に示す回路は、図２に示す回路と比較すると、固定子巻線１６及び制御可能双方向交流２６が第１のノードＡと第２のノードＢとの間に直列に接続され、外部交流電源２４の第１の端子が第１のスイッチＳ１の第２の端子ＳＡ１に接続され、外部交流電源２４の第２の端子が第２のスイッチＳ２の第３の端子ＳＢ２に接続される点で異なる

図８を参照すると、本考案の第３の実施形態による概略的な回路図が示されている。図８に示す回路は、図２に示す回路と比較すると、固定子巻線１６及び制御可能双方向交流２６が第１のノードＡと第２のノードＢとの間に直列に接続され、外部交流電源２４の第１の端子が第１のスイッチＳ１の第２の端子ＳＡ１に接続され、外部交流電源２４の第２の端子が第２のスイッチＳ２の第３の端子ＳＢ２に接続され、整流器２８が抵抗器Ｒ０を介して外部交流電源２４の第１の端子に接続され、外部交流電源２４の第２の端子が整流器２８の第２の入力端子Ｉ２に接続される点で異なる。図８に示す回路は、図７に示す回路とは以下の点で異なる。図７では、整流器２８の第１の入力端子が抵抗Ｒ０を介して第１のスイッチＳ１の第１の端子ＳＣ１に接続され、整流器の第２の入力端子が第２のスイッチの第１の端子ＳＣ２に接続されるが、図８では、外部交流電源２４の第１の端子が抵抗Ｒ０を介して整流器２８の第１の入力端子Ｉ１に接続され、外部交流電源２４の第２の端子が整流器２８の第２の入力端子Ｉ２に接続される。第３の実施形態によるモータ駆動回路の例示的な回路図が図９及び図１０に示される。

図９は、回転子が正転する場合の図８に示したモータ駆動回路の回路図である。整流器２８の第１の入力端子Ｉ１は、抵抗Ｒ０を介して外部交流電源２４の第１の端子に接続され、整流器２８の第２の入力端子Ｉ２は、外部交流電源２４の第２の端子に接続される。モータが正転する場合、第１のスイッチＳ１の第１の端子ＳＣ１及び第２の端子ＳＡ１は互いに接続され、第２のスイッチＳ２の第１の端子ＳＣ２及び第３の端子のＳＢ２は互いに接続される。モータが正転するように第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２が構成される場合、モータを正転させるための制御手順は、図３及び図４に示した実施形態の手順と実質的に同じであり、本明細書では繰り返して説明しない。

図１０は、回転子が逆転する場合の図８に示したモータ駆動回路の回路図である。モータが逆転する場合、第１のスイッチＳ１の第１の端子ＳＣ１及び第３の端子ＳＢ１は互いに接続され、第２のスイッチＳ２の第１の端子ＳＣ２及び第２の端子のＳＡ２は互いに接続される。モータが逆転するように第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２が構成される場合、モータを逆転させるための制御手順は、図５及び図６に示した実施形態の手順と実質的に同じであり、本明細書では繰り返して説明しない。

図１１を参照すると、本考案の第４の実施形態によるモータの概略回路図が示される。図１１に示す回路は、図８に示す回路と比較して、制御可能双方向交流スイッチ２６が第１のノードＡと第２のノードＢとの間に接続され、外部交流電源２４の第１の端子が固定子巻線１６を介して第１のスイッチＳ１の第２の端子ＳＡ１に接続され、外部交流電源２４の第２の端子が第２のスイッチＳ２の第３の端子のＳＢ２に接続される点で異なる。図１１に示す回路は、図２に示す回路と比較すると以下の点で異なる。図２では、整流器２８の第１の入力端子は抵抗Ｒ０を介して第１のスイッチＳ１の第１の端子ＳＣ１に接続され、整流器の第２の入力端子は第２のスイッチＳ２の第１の端子ＳＣ２に接続されるが、図１１では、整流器２８の第１の入力端子Ｉ１は抵抗Ｒ０を介して第１のスイッチＳ１の第２の端子ＳＡ１／第２のスイッチＳ２の第２の端子ＳＡ２に接続され、整流器２８の第２の入力端子Ｉ２は第１のスイッチＳ１の第３の端子ＳＢ１／第２のスイッチＳ２の第３の端子ＳＢ２に接続される。

上記実施形態では、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２の各々は、機械式又は電子式スイッチとすることができる。機械式スイッチは、リレー、単極双投スイッチ、及び単極単投スイッチを含む。電子式スイッチは、ソリッドステートリレー、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、制御可能シリコン整流器、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、半導体サイラトロン、オプトカプラ等を含む。

本考案の実施形態によるモータ駆動回路は、回転子１１の磁極位置に基づいて、モータの固定子巻線を通過する電流の方向を回転方向制御回路５０によって制御することで、モータの正転又は逆転を制御する。逆転方向を有する用途向けの駆動モータが必要とされる場合、第１のスイッチＳ１及び第２のスイッチＳ２の端子の状態を変化させることだけが必要とされ、駆動回路を変更する必要はない。モータ駆動回路は、構造が簡単で汎用性が高い。

当業者であれば、本考案の実施形態によるモータは、車両窓、オフィスの回転ブラインド又は自宅の回転ブラインド、家電用ポンプ又はファンのような装置を駆動するために適用可能であることを理解できる。本考案の実施形態によるモータは、永久磁石同期モータ等の永久磁石交流モータと、永久磁石ブラシレス直流（ＢＬＤＣ）モータとを含む。好ましくは、本考案の実施形態によるモータは、単相永久磁石同期モータ等の単相永久磁石交流モータ、及び単相永久磁石ＢＬＤＣモータである。モータが永久磁石同期モータである場合、外部交流電源は主電源である。モータが永久磁石ＢＬＤＣモータである場合、外部交流電源は、インバータから出力される交流電源とすることができる。

当業者であれば、回路コストを低減しかつ回路の信頼度を高めるために、モータ駆動回路は、集積回路に統合してパッケージ化できることを理解できる。集積回路は、ハウジングと、このハウジングから外に延びる複数のピンと、半導体基板上に配置されたモータ駆動回路とを含む。半導体基体及びモータ駆動回路は、ハウジングによってパッケージ化される。

別の実施形態では、整流器２８、検出回路２０、回転方向制御回路５０、及びスイッチ制御回路３０の全て又は一部は、実際条件に応じて集積回路に統合することができる。例えば、回転方向制御回路５０、検出回路２０、及びスイッチ制御回路３０だけが集積回路に統合されるが、整流器２８、制御可能双方向交流スイッチ２６、及び抵抗Ｒ０が集積回路の外部に配置される。

別の実施形態では、モータ駆動回路の各々の構成要素は、設計要件に応じて、プリント回路板上に個別に配置することができる。

上記実施形態は、単に本考案の好ましい実施形態であり、本考案を限定することを意図したものではない。本考案の精神及び原理の範囲内における何らかの変更、等価な置換、改良等は全て本考案の保護の範囲に属する。

１０ モータ
１１ 回転子
１６ 固定子巻線
１８ モータ駆動回路
２０ 検出回路
２４ 交流電源
２６ 制御可能双方向交流スイッチ
２７ 磁気センサ集積回路
２８ 整流器
３０ スイッチ制御回路
５０ 回転方向制御回路
Ａ 第１のノード
Ｂ 第２のノード
Ｒ０ 抵抗
Ｉ１ 第１の入力端子
Ｉ２ 第２の入力端子
Ｏ１ 第１の出力端子
Ｏ２ 第２の出力端子
Ｓ１ 第１のスイッチ
ＳＡ１ 第２の端子
ＳＢ１ 第３の端子
ＳＣ１ 第１の端子
Ｓ２ 第２のスイッチ
ＳＡ２ 第２の端子
ＳＢ２ 第３の端子
ＳＣ２ 第１の端子

Claims (9)

1. モータの回転子を駆動して前記モータの固定子に対して回転させるように構成されたモータ駆動回路であって、
   第１のノードと第２のノードとの間に接続された制御可能双方向交流スイッチと、
   前記第１のノード及び前記第２のノードに接続された回転方向制御回路であって、選択的に、前記モータの巻線を介して前記第１のノードを外部交流電源の第１の端子に接続しかつ前記第２のノードを前記外部交流電源の第２の端子に接続するか、又は前記第１のノードを前記外部交流電源の前記第２の端子に接続しかつ前記モータの前記巻線を介して前記第２のノードを前記外部交流電源の前記第１の端子に接続するように構成された回転方向制御回路と、
   前記回転子の磁極位置を検出して磁極位置信号を出力端子から出力するように構成された検出回路と、
   前記検出回路によって出力される磁極位置信号、及び前記第１のノードの電位と前記第２のノードの電位との間の電位差に基づいて、前記制御可能双方向交流スイッチをオン又はオフになるように所定の方法で制御するように構成されたスイッチ制御回路と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記スイッチ制御回路は、前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも高くかつ前記検出回路が第１の磁極位置信号を出力する場合、又は前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも低くかつ前記検出回路が第２の磁極位置信号を出力する場合、前記制御可能双方向交流スイッチをオンするように構成され、前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも高くかつ前記検出回路が第２の磁極位置信号を出力する場合、又は前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも低くかつ前記検出回路が前記第１の磁極位置信号を出力する場合、前記制御可能双方向交流スイッチをオフするように構成される、請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記回転子は、前記回転方向制御回路が、前記モータの前記巻線を介して前記第１のノードを前記外部交流電源の前記第１端子に接続しかつ前記第２のノードを前記外部交流電源の前記第２の端子に接続する場合に第１の方向に回転し、前記回転子は、前記回転方向制御回路が、前記第１のノードを前記外部交流電源の前記第２の端子に接続しかつ前記モータの前記巻線を介して前記第２のノードを前記外部交流電源の前記第１の端子に接続する場合に反対方向の第２の方向に回転する、請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記モータ駆動回路は、前記検出回路に少なくとも直流電圧を供給するように構成された整流器をさらに備え、前記整流器は、電圧降下器を介して前記第１のノードに接続されるか、又は前記整流器は、前記電圧降下器及び前記モータの前記巻線を介して前記外部交流電源の前記第１の端子に接続される、請求項１に記載のモータ駆動回路。
5. モータの回転子を駆動して前記モータの固定子に対して回転させるように構成されたモータ駆動回路であって、
   第１のノードと第２のノードとの間で前記モータの巻線と直列に接続された制御可能双方向交流スイッチと、
   前記第１のノード及び前記第２のノードに接続された回転方向制御回路であって、選択的に、前記第１のノードを外部交流電源の第１の端子に接続しかつ前記第２のノードを前記外部交流電源の第２の端子に接続するか、又は前記第１のノードを前記外部交流電源の前記第２の端子に接続しかつ前記第２のノードを前記外部交流電源の前記第１の端子に接続するように構成された回転方向制御回路と、
   前記回転子の磁極位置を検出して磁極位置信号を出力端子から出力するように構成された検出回路と、
   前記検出回路によって出力される磁極位置信号、前記第１のノード電位及び前記第２のノードの電位に基づいて、前記制御可能双方向交流スイッチをオン又はオフになるように所定の方法で制御するように構成されたスイッチ制御回路と、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
6. 前記モータ駆動回路は、前記検出回路に少なくとも直流電圧を供給するように構成された整流器をさらに備え、前記整流器は、電圧降下器介して前記第１のノードに接続されるか、前記電圧降下器及び前記モータの前記巻線を介して前記外部交流電源の前記第１の端子に接続される、請求項５に記載のモータ駆動回路。
7. 前記スイッチ制御回路は、前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも高くかつ前記検出回路が第１の磁極位置信号を出力する場合、又は前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも低くかつ前記検出回路が第２の磁極位置信号を出力する場合、前記制御可能双方向交流スイッチをオンするように構成され、前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも高くかつ前記検出回路が前記第２の磁極位置信号を出力する場合、又は前記第１のノードの前記電位が前記第２のノードの前記電位よりも低くかつ前記検出回路が前記第１の磁極位置信号を出力する場合、前記制御可能双方向交流スイッチをオフするように構成される、請求項５に記載のモータ駆動回路。
8. 前記回転子は、前記回転方向制御回路が、前記モータの前記巻線を介して前記第１のノードを前記外部交流電源の前記第１端子に接続しかつ前記第２のノードを前記外部交流電源の前記第２の端子に接続する場合に第１の方向に回転し、前記回転子は、前記回転方向制御回路が、前記第１のノードを前記外部交流電源の前記第２の端子に接続しかつ前記モータの前記巻線を介して前記第２のノードを前記外部交流電源の前記第１の端子に接続する場合に反対方向の第２の方向に回転する、請求項５に記載のモータ駆動回路。
9. 固定子と、回転子と、請求項１から８のいずれかに記載のモータ駆動回路とを含むモータを有することを特徴とする応用機器。

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