JP3211136U - 磁気センサ集積回路及びモータ組立体 - Google Patents

Abstract

【課題】既存の磁気センサの機能が拡張され、回路全体の費用が削減され、回路の信頼性が高まる磁気センサ集積回路及びモータ組立体を提供する。【解決手段】集積回路は、ハウジング２と、ハウジング内に配置された半導体基板と、少なくとも１つの入力ポートＡ１、Ａ２、及び出力ポートＰｏｕｔと、半導体基板上に配置された電子回路とを含む。電子回路は、整流回路６０と、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、整流回路に結合され、かつ少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路を、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の状態のうちの少なくとも一方で動作するように制御すべく構成された出力制御回路３０とを含む。負荷電流は整流回路を通って流れる。【選択図】図１

Description

本開示は、磁界検出技術に関する。

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られる。

従来の技術によれば、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に、実際には周辺回路が付加的に必要とされ、それゆえ、回路全体の費用が高くなり、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、この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、ハウジングから外方に延びる少なくとも１つの入力ポート及び出力ポートと、半導体基板上に配置された電子回路とを含み、電子回路は、
整流回路と、
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と、
整流回路に結合され、かつ少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路を、負荷電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れ出る第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に流れ込み、かつ整流回路を通って流れる第２の状態のうちの少なくとも一方で動作するように制御すべく構成された出力制御回路と、を含む。

好ましくは、出力制御回路は、少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路を、第１の状態と第２の状態との間で切り換わるように制御すべく構成することができ、流出電流及び流入電流の両方とも整流回路を通って流れる。

好ましくは、磁界検出回路は、第１の電源により電力供給することができ、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は、前記第２の電源の出力電圧のものを下回り得る。

好ましくは、少なくとも１つの入力ポートは、外部交流電流（ＡＣ）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、磁界検出情報及びＡＣ電源の極性に基づいて、集積回路を、第１の状態及び第２の状態の少なくとも一方で動作するように制御すべく構成することができる。

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のスイッチ及び出力ポートは、第１の電流路内で接続され、第２のスイッチ及び出力ポートは、第１の電流路の方向とは反対方向を有する第２の電流路内で接続され、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、ダイオード又はトライオードとすることができる。

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含むことができ、スイッチは、磁界検出回路から出力される磁界検出情報に基づいて、第１の電流路及び第２の電流路を、選択的にオンにさせるように制御すべく構成することができる。

好ましくは、第１の電流路及び第２の電流路のうちのもう一方にスイッチを配置することはできない。

好ましくは、出力制御回路は、ＡＣ電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界が第１の極性である場合、若しくはＡＣ電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界が第１の極性とは反対の第２の極性である場合、負荷電流を、出力ポートを通って流れるように制御し、ＡＣ電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界が第２の極性である場合若しくはＡＣ電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界が第１の極性である場合、負荷電流を、出力ポートを通って流れないように制御するように構成することができる。

好ましくは、少なくとも１つの入力ポートは、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の入力ポートを含み、整流回路は、外部ＡＣ電源から出力されるＡＣ電気信号を直流（ＤＣ）電気信号に変換するように構成することができる。

好ましくは、集積回路は、整流回路から出力される第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をさらに含むことができ、第２の電圧は磁界検出回路の供給電圧であり、第１の電圧は出力制御回路の供給電圧であり、第１の電圧の平均は第２の電圧の平均よりも高い。

好ましくは、整流回路は、全波ブリッジ整流器と、全波ブリッジ整流器と直列接続された電圧安定器とを含むことができ、電圧安定器は、全波ブリッジ整流器の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み、全波ブリッジ整流器は、直列接続された第１のダイオード及び第２のダイオード、並びに直列接続された第３のダイオード及び第４のダイオードを含み、第１のダイオード及び第２のダイオードの共通端子は、第１の入力ポートに電気的に接続され、第３のダイオード及び第４のダイオードの共通端子は、第２の入力ポートに電気的に接続され、ここで、
全波ブリッジ整流の接地出力端子は、第１のダイオードの入力端子を第３のダイオード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のダイオードの出力端子を第４のダイオード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は、第２のダイオード及び第４のダイオードの共通端子と、第１のダイオード及び第３のダイオードの共通端子との間に接続される。

好ましくは、整流回路は電圧出力端子及び接地出力端子を有し、出力制御回路は電圧出力端子及び接地出力端子に結合され、集積回路が第１の状態で動作する場合、負荷電流は順に、第１の入力ポート、整流回路、電圧出力端子及び出力制御回路を通って流れ、及び／又は、集積回路が第２の状態で動作する場合、負荷電流は、順に、出力ポート、出力制御回路、接地出力端子、整流回路及び第１の入力ポートを通って流れる。

好ましくは、磁界検出回路は、
外部磁界を検出し、これを電気信号に変換す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スイッチ型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変換ユニットと、
を含むことができる。

好ましくは、少なくとも１つの入力ポートは、外部ＡＣ電源を磁気センサ集積回路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、ＡＣ電源の周波数に比例し得る。

好ましくは、整流回路、磁界検出回路及び出力制御回路は、単一のベアダイ内に形成される。

別の態様において、本開示によりモータ組立体が提供され、このモータ組立体は、
モータと、
上述の磁気センサ集積回路を含むモータ駆動回路と、
を含む。

好ましくは、モータ駆動回路は、外部ＡＣ電源の両端にモータと直列接続された双方向スイッチをさらに含むことができ、
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することができる。

好ましくは、モータは、固定子及び永久回転子を含むことができ、固定子は、固定子鉄心及び固定子鉄心に巻き回された単相巻線を含むことができる。

好ましくは、モータ組立体は、ＡＣ電源の電圧を下げ、低下したＡＣ電源の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ことができる。

好ましくは、出力制御回路は、ＡＣ電源が正の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第１の極性である場合、又はＡＣ電源が負の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第１の極性とは反対の第２の極性を有する場合、駆動電流を、出力ポートと双方向スイッチとの間に流れるように制御すべく構成することができ、及び、ＡＣ電源が負の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第１の極性である場合、若しくはＡＣ電源が正の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第１の極性とは反対の第２の極性である場合、双方向スイッチを、オフにするように制御すべく構成することができる。

好ましくは、出力制御回路は、ＡＣ電源から出力される信号が正の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第１の極性である場合、電流を、集積回路から双方向スイッチへ流すように制御すべく構成することができ、及び／又は、ＡＣ電源から出力される信号が負の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第２の極性である場合、電流を、双方向スイッチから集積回路へ流すように制御すべく構成することができる。

本開示の実施形態によるこの磁気センサ集積回路により、既存の磁気センサの機能が拡張される。回路全体の費用が削減され、かつ回路の信頼性が高まる。

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概略構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の概略構造図である。 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概略構造図である。 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概略構造図である。 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概略構造図である。 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概略構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の概略構造図である。 本開示の実施形態による磁気センサ集積回路の概略構造図である。 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概略構造図である。 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概略構造図である。 本開示の実施形態によるモータ組立体の概略構造図である。 本開示の実施形態によるモータ組立体内のモータの概略構造図である。

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、一例として、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。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（図示せず）と、入力ポートＡ１、Ａ２と、ハウジングから外部へ延びる出力ポートＰｏｕｔと、半導体基板上に配置された電子回路とを含む。入力ポートは、外部電源を磁気センサ集積回路に接続するように構成される。電子回路は、
入力ポートに結合された整流回路６０と、
整流回路６０に結合され、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、
整流回路６０に結合され、少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路を、負荷電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れ出る第１の状態と、負荷電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れ込む第２の状態のうちの少なくとも一方で動作するように制御すべく構成された出力制御回路３０と、
を含む。

上述の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、出力制御回路３０は、少なくとも磁界検出情報に基づいて、集積回路を、負荷電流が出力ポートから集積回路の外部へ流れ出る第１の状態と、負荷電流が集積回路の外部から出力ポートへ流れ込む第２の状態との間で切り換えるように制御すべく構成され、ここで場合によっては、本開示においてそれに制限されるものではないが、流出電流及び流入電流の両方とも整流回路を通って流れる。

本開示の実施形態によれば、第１の状態と第２の状態との間の磁気センサ集積回路の切り換えは、磁気センサ集積回路が他方の状態が終了するとすぐに一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、他方の状態が終了した後で一方の状態に切り換わるのをある時間間隔だけ待つ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つの状態の間を切り換える際、時間間隔内の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。

上述の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。好ましくは、可変振幅の電源の場合、第２の電源５０が可変振幅のＤＣ電源であり、これは、場合に応じて、本開示において限定されない。

上述の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、定振幅のＤＣ電源であり、磁界検出回路２０が安定に動作するように、安定な電圧を磁界検出回路２０に提供する。

上述の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の出力電圧の平均は、第２の電源５０の出力電圧のものより低い。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が削減され、一方、出力制御回路３０は高電力消費電源で電力供給され、従って、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ことに留意されたい。

上述の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のスイッチを含む。第１のスイッチ及び出力ポートは、第１の電流路内で接続する。第２のスイッチ及び出力ポートは、第１の電流路のものとは反対方向を有する第２の電流路内で接続する。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及び出力ポートＰｏｕｔは、第１の電流路内で出力ポートＰｏｕｔに接続し、第２のスイッチ３２及び出力ポートＰｏｕｔは、第２の電流路内で接続する。第１のスイッチ３１の制御端子及び第２のスイッチ３２の制御端子は両方とも、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、高電圧（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（例えば接地）に接続される。磁界検出回路２０から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はオフになるので、負荷電流は、高電圧端子から集積回路の外部へ、第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔを通って流れる。磁界検出回路２０から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はオフになるので、負荷電流は、集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ、第２のスイッチ３２を通って流れる。図３に示す例において、第１のスイッチ３１は、正チャネルの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は負チャネルの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、接合型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、それぞれ、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の電流路内で接続し、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から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はオフになるので、負荷電流は、第２の電源５０から集積回路の外部へ、第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔを通って流れる。磁界検出回路２０から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はオフになるので、負荷電流は、集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ、第２のスイッチ３２を通って流れる。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、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するスイッチとを含む。スイッチは、磁界検出回路から出力される磁界検出情報に基づいて、第１の電流路及び第２の電流路を、選択的にオンにするように制御すべく構成される。任意に、スイッチは、第１の電流路及び第２の電流路の他方には配置されない。

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を含む。単方向スイッチ３３及び出力ポートＰｏｕｔは、第１の電流路内で接続される。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の電流路の方向のものとは反対方向を有する第２の電流路内で抵抗器Ｒ１を通じて接続される。磁界検知信号が高レベルの信号の場合、単方向スイッチ３３はオンになるので、負荷電流は、集積回路の外部へ、単方向スイッチ３３及び出力ポートＰｏｕｔを通って流れる。磁界検知信号が低レベルの信号の場合、単方向スイッチ３３はオフになるので、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を通って流れる。代替的に、第２の電流路内の抵抗器Ｒ１は、単方向スイッチ３３とは逆並列に接続された別の単方向スイッチに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に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、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、直列接続されたダイオード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、磁界検出情報に基づいて制御される。磁界検出情報が高レベルの場合、ダイオードＤ１はオフになるので、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、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を通って流れる。

上述の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電源を磁気センサ集積回路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、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、集積回路を、第１の状態と第２の状態との間で切り換えるように制御すべく構成される。任意に、磁界検出回路２０は、出力制御回路３０と同じ電源により電力供給することができる。

上述の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が第１の極性を有する場合若しくはＡＣ電源が負の半周期にあり、かつ磁界検出回路２０により検出される外部磁界が第１の極性とは反対の第２の極性を有する場合、負荷電流を、出力ポートを通って流れるように制御すべく構成され、又は、ＡＣ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が第２の極性を有する場合若しくはＡＣ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が第２の極性とは反対の第１の極性を有する場合、負荷電流を、出力ポートを通って流れないように制御すべく構成される。ＡＣ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が第１の極性を有する場合若しくはＡＣ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が第１の極性とは反対の第２の極性を有する場合、出力ポートを通って流れる負荷電流は、期間全体の間、負荷電流が出力ポートを通って流れる場合、又は期間の一部だけ負荷電流が出力ポートを通って流れる場合を含むことに留意されたい。

上述の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電源を磁気センサ集積回路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、入力ポートが外部電源の２つの端子間で外部負荷と直列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。本開示の実施形態において、整流回路６０は、外部ＡＣ電源７０から出力されるＡＣ信号をＤＣ信号に変換するように構成される。

上述の実施形態に基づいて、図６に示されるような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（整流ユニットとも呼ばれる）６０と磁界検出回路２０との間に配置された電圧調整器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８０は、整流回路６０から出力される第１の電圧を第２の電圧に調整するように構成され、好ましくは、降圧調整器である。第２の電圧は、磁界検出回路２０の供給電圧であり、第１の電圧は、出力制御回路３０の供給電圧であり、第１の電圧の平均を第２の電圧のものより高くして、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保証する。

本開示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の出力端子間に接続された電圧安定器（電圧安定化ユニットとも呼ばれる）６２とを含む。全波ブリッジ整流器６１は、ＡＣ電源７０により出力される交流電圧を直流電圧に変換するように構成され、電圧安定器６２は、全波ブリッジ整流器６１により出力され直流信号を事前設定値の範囲内に安定化させるように構成される。

図８は、整流回路６０の例証的な回路を示す。電圧安定器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を含む。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。

第１のダイオード６１１の入力端子及び第３のダイオード６１３の入力端子の共通端子は、全波ブリッジ整流器の接地出力端子を形成する。第２のダイオード６１２の出力端子及び第４のダイオード６１４の出力端子の共通端子は、全波ブリッジ整流器の電圧出力端子ＶＤＤを形成する。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できる。

上述の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とを含み、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、スイッチ型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、入力ポートが外部ＡＣ電源を磁気センサ集積回路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、モータ組立体がさらに提供される。モータ組立体は、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、上述の実施形態のいずれかによる磁気センサ集積回路４００とを含む。磁気センサ集積回路４００の出力ポートは、双方向スイッチ３００の制御端子に電気的に接続される。好ましくは、双方向スイッチ３００は、トライオードＡＣ半導体スイッチ（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装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、逆並列接続された２つのシリコン制御整流器と、磁気センサ集積回路の出力ポートからの出力信号に基づいて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ように構成された制御回路とを含むことができる。

好ましくは、モータ組立体は、ＡＣ電源１００の電圧を下げるように構成され、磁気センサ集積回路４００に低下した電圧を提供する電圧降下回路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。

上述の実施形態に基づいて、本開示の実施形態において、モータは、同期モータである。本開示による駆動回路は、同期モータに適用されるだけでなく、他の型式の適切な永久磁石モータにも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上に巻き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、永久磁石を含む。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、互いに反対の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磁極又は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。

上述の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回転子の磁界が第１の極性を有する場合、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回転子の磁界が第１の極性とは反対の第２の極性を有する場合、双方向スイッチ３００を、オンにするように制御すべく構成され、又はＡＣ電源１００が負の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第１の極性を有する場合、若しくはＡＣ電源１００が正の半周期にあり、かつ永久回転子の磁界が第１の極性とは反対の第２の極性を有する場合、双方向スイッチ３００を、オフにするように制御すべく構成される。

好ましくは、出力制御回路３０は、ＡＣ電源１００から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回転子の磁界が第１の極性を有する場合、電流を、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回転子の磁界が第１の極性の反対の第２の極性を有する場合、電流を、双方向スイッチ３００から集積回路に流れるように制御すべく構成される。永久回転子が第１の磁極にあり、かつＡＣ電源が正の半周期にある場合、若しくは永久回転子が第２の磁極にあり、かつＡＣ電源が負の半周期にある場合、集積回路との間に流れる電流は、全期間全体の間、負荷電流が流れる場合、又は期間の一部の間、負荷電流が流れる場合を含む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、トライオードＡＣ半導体スイッチ（ＴＲＩＡＣ）として実装することができ、整流回路６０は、図８に示すような回路として実装され、出力制御回路は、図４に示すような回路として実装される。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から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、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がオンになると、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、供給電圧を欠くので出力を停止し、ＴＲＩＡＣ３００の２つのアノード間を流れる電流は十分に大きい（その保持電流より大きい）ので、ＴＲＩＡＣ３００の制御電極と第１のアノードとの間の駆動電流がない場合、ＴＲＩＡＣ３００は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、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から流れ出し、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がオンになると、磁気センサ集積回路４００は、短絡されるので出力を停止し、ＴＲＩＡＣ３００はオンのままでいることができる。ＡＣ電源１００から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、若しくはＡＣ電源１００から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のいずれもオンになることができず、ＴＲＩＡＣ３００がオフになる。従って、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、集積回路を、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し、それにより固定子巻線１６の通電モードが制御され、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が可能になる。

別の実施形態によるモータ組立体において、第１の直列分岐は、モータ及び双方向スイッチにより形成することができ、第２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して、ＡＣ電源の２つの端子間に第１の直列分岐と並列に接続することができる。磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向スイッチに接続され、双方向スイッチを、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わるように制御し、それにより、固定子巻線の通電モードが制御される。

本開示の実施形態によるモータ組立体は、これらに限定されるものではないが、ポンプ、ファン、家庭用電化製品又は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。

２：ハウジング
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
２０：磁界検出回路
３０：出力制御回路
４０：第１の電源
５０：第２の電源
３１：第１のスイッチ
３２：第２のスイッチ
３３：単方向スイッチ
６０：整流回路
６１：全波ブリッジ整流器
６２：電圧安定器
８０：電圧調整器
１００：ＡＣ電源
２００：モータ
４００：磁気センサ集積回路
５００：電圧降下回路
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、
   ハウジングと、
   前記ハウジング内に配置された半導体基板と、
   前記ハウジングから外方に延びる少なくとも１つの入力ポート及び出力ポートであって、少なくとも１つの入力ポートは外部電力に接続するように構成される、少なくとも１つの入力ポート及び出力ポートと、
   前記半導体基板上に配置された電子回路と、
   を含み、前記電子回路は、
   整流回路と、
   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と、
   前記整流回路に結合され、かつ少なくとも前記磁界検出情報に基づいて、前記集積回路を、負荷電流が前記出力ポートから前記集積回路の外部へ流れ出る第１の状態及び負荷電流が前記集積回路の外部から前記出力ポートへ流れ込み、かつ前記整流回路を通って流れる第２の状態のうちの少なくとも一方で動作するように制御すべく構成された出力制御回路と、
   を含むことを特徴とする、磁気センサ集積回路。
2. 前記出力制御回路は、少なくとも前記磁界検出情報に基づいて、前記集積回路を、前記第１の状態と前記第２の状態との間で切り換えるように制御すべく構成され、前記流出電流及び前記流入電流の両方とも前記整流回路を通って流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〜請求項２のいずれかに記載の集積回路。
4. 前記第１の電源の出力電圧の平均は、前記第２の電源の出力電圧のものを下回ることを特徴とする、請求項３に記載の集積回路。
5. 前記少なくとも１つの入力ポートは、外部交流（ＡＣ）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、前記磁界検出情報及び前記ＡＣ電源の極性に基づいて、前記集積回路を、前記第１の状態及び前記第２の状態のうちの少なくとも一方で動作させるように制御すべく構成され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ＡＣ電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が第１の極性にある場合、又は前記ＡＣ電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の極性とは反対の第２の極性にある場合、前記負荷電流を、前記出力ポートを通って流れるように制御し、
   前記ＡＣ電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が第２の極性にある場合、又は前記ＡＣ電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の極性にある場合、前記負荷電流を、前記出力ポートを通って流れないように制御すべく、
   構成されることを特徴とする、集積回路。
7. 前記少なくとも１つの入力ポートは、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の入力ポートを含み、前記整流回路は、前記外部ＡＣ電源から出力されるＡＣ電気信号を直流（ＤＣ）電気信号に変換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６のいずれかに記載の集積回路。
8. 前記整流回路は電圧出力端子及び接地出力端子を有し、前記出力制御回路は、前記電圧出力端子及び前記接地出力端子に結合され、前記集積回路が前記第１の状態で動作する場合、前記負荷電流は、順に、前記第１の入力ポート、前記整流回路、前記電圧出力端子及び前記出力制御回路を通って流れ、及び／又は、前記集積回路が前記第２の状態で動作する場合、前記負荷電流は、順に、前記出力ポート、前記出力制御回路、前記接地出力端子、前記整流回路及び前記第１の入力ポートを通って流れることを特徴とする請求項７に記載の集積回路。
9. モータ組立体であって、
   モータと、
   請求項１〜請求項８のいずれかに記載の前記磁気センサ集積回路を含むモータ駆動回路と、
   を含むことを特徴とするモータ組立体。
10. 前記モータ駆動回路は、前記外部ＡＣ電源の両端に前記モータと直列接続された双方向スイッチをさらに含み、
    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に記載のモータ組立体。

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