JP3211138U - モータ駆動回路及びモータ構成要素 - Google Patents

Abstract

【課題】モータが始動する毎にモータの回転子が同じ方向に回転するようになったモータ駆動回路を提供する。【解決手段】モータ駆動回路及びモータ構成要素が提供される。モータ駆動回路は、外部交流電源ＡＣの２つの端子の両端でモータＭと直列に接続され、第１のノードと第２のノードとの間に接続される双方向交流スイッチ１００と、第１の入力端子及び第２の入力端子を有する整流回路２００と、整流回路の第１の入力端子と第１のノードとの間に接続される第１の電圧降下回路３００と、双方向交流スイッチの制御端子と整流回路の出力端子との間に接続される切換制御回路４００と、磁気センサ５００とを備え、磁気センサの出力端子は、切換制御回路の制御端子に接続され、磁気センサは、モータの回転子の磁界を検出して対応する磁気誘導信号を出力するように構成される。このように、モータ駆動回路を備えたモータは、回転子が給電される毎に一定方向に回転を開始する。【選択図】図１Ａ

Description

本開示は、モータ駆動技術に関し、より具体的には、モータ駆動回路及びモータ構成要素に関する。

同期モータのステータコイルは交流電源から給電される。交流電源は、モータの固定子の磁極に、可変のＮＳ磁極を有する回転磁界を発生する。回転磁界は回転子を駆動して回転させ、回転子の回転速度は、交流電源の周波数に左右される。従来の同期モータを始動する過程において、固定子の電磁石は交番磁界を発生し、その結果、交番磁界を通る回転子の偏向振動につながる。回転子の偏向振動の振幅が大きくなると、回転子のある方向の回転が急速に加速されて、最終的に固定子の交番磁界と同期することができる。

本開示の実施形態によれば、モータ駆動回路、モータ構成要素、及び応用機器が提供され、モータ駆動回路を有するモータは、始動時に所定の方向に回転することができる。

上記目的を実現するために、本開示の実施形態によれば、以下の技術的解決策が提供される。

モータ駆動回路が提供される。モータ駆動回路は、
外部交流電源の２つの端子の両端でモータと直列に接続され、第１のノードと第２のノードとの間に接続される交流スイッチと、
第１の入力端子及び第２の入力端子を有する整流回路と、
整流回路の第１の入力端子と第１のノードとの間に接続される第１の電圧降下回路と、を含む。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、切換制御回路及び磁気センサをさらに含み、切換制御回路は、交流スイッチの制御端子と整流回路の出力端子との間に接続され、磁気センサの出力端子は、切換制御回路の制御端子に接続され、磁気センサは、モータの回転子の磁界を検出して対応する磁気誘導信号を出力するように構成される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、駆動電流が交流スイッチを駆動する場合に第１の電圧降下回路を流れる電流は、交流スイッチがオフになった場合の第１の電圧降下回路を流れる電流よりも大きい。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、駆動電流が双方向交流スイッチを駆動する場合にモータを流れる電流は、双方向交流スイッチがオフになっている場合にモータを流れる電流よりも大きい。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、整流回路の第２の入力端子と第２のノードとの間に設けられた第２の電圧降下回路をさらに含む。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、切換制御回路は、磁気誘導信号と交流電源の極性とに基づいて、交流スイッチを制御してオン又はオフにするように構成される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、切換制御回路は、交流電源ＡＣが正の半周期にありかつモータの回転子の磁界が第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回転子が第１の極性とは反対の第２の極性である場合に交流スイッチをオンにし、交流電源が負の半周期にありかつ回転子が第１の極性である場合、又は交流電源が正の半周期にありかつ回転子が第２の極性である場合に交流スイッチをオフにするように構成される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、交流スイッチがオン状態にある場合、切換制御回路は、少なくとも第１の状態と第２の状態との間で切り換わり、
第１の状態は、電流が整流回路の高電圧出力端子から切換制御回路を通って交流スイッチの制御端子に流れる状況であり、第２の状態は、電流が交流スイッチの制御端子から切換制御回路を通って整流回路の低電圧出力端子に流れる状況である。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、回転子の磁界の極性が第１の極性でありかつ交流電源が正の半周期で作動する場合、切換制御回路の作動状態は第１の状態であり、回転子の磁界の極性が第１の極性とは反対の第２の極性でありかつ交流電源が負の半周期で作動する場合、切換制御回路の作動状態は第２の状態である。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、切換制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを備え、
第１のスイッチは第１の電流路に接続され、第１の電流路は、交流スイッチの制御端子と整流回路の高電圧出力端子との間に形成され、第２のスイッチは第２の電流路に接続され、第２の電流路は、交流スイッチの制御端子と整流回路の低電圧出力端子との間に形成される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、磁気センサの電力入力端子は、整流回路の高電圧出力端子に接続され、磁気センサの接地端子は整流回路の低電圧出力端子に接続される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、切換制御回路は、電流が交流スイッチの制御端子に流れる第１の電流路と、電流が交流スイッチの制御端子から流れる第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されたスイッチとを含み、スイッチは磁気誘導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にする。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、第１の電流路及び第２の電流路の他方にはスイッチがない。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、切換制御回路の入力端子は、整流回路の高電圧出力端子に接続され、切換制御回路の出力端子は、交流スイッチの制御端子に接続され、
磁気センサの電力入力端子は、整流回路の高電圧出力端子に接続され、磁気センサの接地端子は、整流回路の低電圧出力端子に接続され、磁気センサの出力端子は、切換制御回路の制御端子に接続される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、交流電源が正の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第２の極性である場合、又は交流電源が負の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第１の極性である場合、磁気センサの電力入力端子と磁気センサの接地端子との間に経路が形成され、
交流電源が負の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第２の極性である場合、磁気センサの出力端子と磁気センサの接地端子との間に経路が形成される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、切換制御回路は、
交流電源が正の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第１の極性の場合、切換制御回路の入力端子と切換制御回路の出力端子との間に経路を形成し、
交流電源が負の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第２の極性の場合、切換制御回路の出力端子と切換制御回路の制御端子との間に経路を形成する、
ように構成される。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、モータは、第１のノードと第２のノードとの間で交流電源と直列に接続する。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、モータは、第１のノードと第２のノードとの間で交流スイッチと直列に接続する。

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、上記実施態様のいずれかによるモータ駆動回路とを含む。

好ましくは、上記モータ駆動回路において、モータは固定子及び回転子を備え、固定子は、固定子鉄心及び該固定子鉄心に巻回された単相巻線を備える。

上記の技術的解決策に基づいて、本開示の実施形態によるモータ駆動回路において、切換制御回路は、制御端子を経由して、磁気センサによって検出されたモータの回転子の磁界の極性に関する磁気誘導信号を取得し、少なくとも磁気誘導信号に基づいて、双方向交流スイッチを制御してオン又はオフとするので、モータ駆動回路を備える回転子は、回転子が給電される毎に一定方向に回転する。

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、以下、本開示の実施形態による図面を簡単に説明する。明らかに、図面は、本開示の単に幾つかの実施形態であり、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を得ることができる。

本開示の実施形態によるモータ駆動回路の構造的概略図である。 本開示の別の実施形態によるモータ駆動回路の構造的概略図である。 本開示のさらに別の実施形態によるモータ駆動回路の構造的概略図である。 本開示の実施形態による切換制御回路の構造的概略図である。 本開示の別の実施形態による切換制御回路の構造的概略図である。 本開示のさらに別の実施形態による切換制御回路の構造的概略図である。 本開示のさらに別の実施形態による切換制御回路の構造的概略図である。 本開示の実施形態によるモータ駆動回路における整流回路の構造的概略図である。 本開示の実施形態によるモータ駆動回路における磁気センサの構造的概略図である。 本開示の実施形態によるモータ構成要素に関するモータの構造的概略図である。 本開示の実施形態による、電源の或る極性及び磁界の或る極性に関するモータ駆動回路の電流路の概略図である。 本開示の実施形態による、電源の或る極性及び磁界の或る極性に関するモータ駆動回路の電流路の概略図である。 本本開示の実施形態による、電源の或る極性及び磁界の或る極性に関するモータ駆動回路の電流路の概略図である。 本開示の実施形態による、電源の或る極性及び磁界の或る極性に関するモータ駆動回路の電流路の概略図である。

本開示の実施形態による技術的解決策は、以下に本開示の実施形態における図面と併せて明確かつ完全に説明される。説明された実施形態は、本開示の実施形態の全てではなく一部あることが明らかである。本開示の実施形態に基づいて、当業者が創作的作業を行うことなく得ることができる全ての他の実施形態は、本開示の保護の範囲に属する。

本開示について十分に理解するために、具体的な詳細が以下の説明に記述されるが、本開示は、本明細書に説明された方法と異なる他の方法でさらに実施することができる。本開示の精神から逸脱することなく同様の拡張が当業者によってなされ得るので、本開示は、以下に説明す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モータ駆動回路は、モータに適用されるモータ駆動回路を取り上げることで例示される。

図１Ａ及び図１Ｂに示すように、本開示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、双方向交流スイッチ１００、整流回路２００、第１の電圧降下回路３００、切換制御回路４００、及び磁気センサ５００を含む。

双方向交流スイッチ１００は、外部交流電源ＡＣの２つの端子の両端でモータＭと直列に接続される。双方向交流スイッチ１００は、トライアック（ＴＲＩＡＣ）とすることができ、第１のノードＡと第２のノードＢとの間に接続される。随意的に、図１Ａに示すように、モータＭは、第１のノードＡと第２のノードＢとの間で交流電源ＡＣと直列に接続される、又は、図１Ｂに示すように、モータＭは、第１のノードＡと第２のノードＢとの間で双方向交流スイッチ１００と直列に接続される。

整流回路２００は第１の入力端子及び第２の入力端子を備え、整流回路２００は、交流電源ＡＣから出力される交流を直流に変換した後に直流を出力するように構成される。

第１の電圧降下回路３００は、整流回路２００の第１の入力端子と第１のノードＡとの間に接続される。第１の電圧降下回路３００のタイプは、特定の要件に応じて様々とことができる。例えば、第１の電圧降下回路３００は、少なくとも第１の電圧降下抵抗ＲＡを含むことができる。

切換制御回路４００は、双方向交流スイッチ１００の制御端子と整流回路２００の出力端子との間に接続される。

磁気センサ５００の出力端子は、切換制御回路４００の制御端子に接続される。磁気センサ５００は、モータの回転子の磁界を検出して対応する磁気誘導信号を出力し、次に、磁気誘導信号及び交流電源ＡＣの電流極性に基づいて、切換制御回路４００の作動状態を変更するように構成される。磁気センサ５００は、回転子の磁界の変動を感知するために、モータＭの回転子の近くに位置決めされる。

本開示の上記の実施形態に開示した技術的解決策では、切換制御回路４００は、少なくとも磁気誘導信号に基づいて双方向交流スイッチ１００の状態を制御する。制御規則は、特定の要件に応じて設定することができ、これによりモータの始動方向を磁気誘導信号及び交流電源ＡＣによって制御するのが可能になり、その結果モータが始動する毎にモータＭの回転子は同じ方向に回転する。

双方向交流スイッチ１００は、他の適切なタイプのスイッチで実施できることを理解されたい。例えば、双方向交流スイッチ１００は、２つの互いに逆向きに並列に接続されたシリコン制御整流器を含むことができ、対応する制御回路を設けることができ、２つのシリコン制御整流器は、切換制御回路４００の出力信号に基づいて制御回路によって所定の方法で制御される。もしくは、双方向交流スイッチ１００は電子スイッチを含むことができ、電子スイッチは、電流を２つの方向に流すことができ、金属酸化膜半導体電界効果トランジスタ、直流−交流シリコン制御変換回路、双方向トライオードサイリスタ、絶縁ゲート双極トランジスタ、双極接合トランジスタ、サイリスタ、及び光カプラのうちの１又は２以上で構成される。例えば、２つの金属酸化膜型半導体電界効果トランジスタが制御可能な双方向交流スイッチを構成でき、２つの直流−交流シリコン制御変換回路が制御可能な双方向交流スイッチを構成でき、２つの絶縁ゲート双極トランジスタが制御可能な双方向交流スイッチを構成でき、２つの双極接合トランジスタが制御可能な双方向交流スイッチを構成できる。

本開示の少なくとも１つの実施形態では、双方向交流スイッチ１００の制御端子の駆動電流は、第１の電圧降下回路３００で引き起こされた電圧降下によって制御される。少なくとも１つの実施形態では、第１の電圧降下回路３００は、整流回路２００の第１の入力端子と第１のノードＡとの間に設けられ、モータ駆動回路が必要とする電圧降下は、全体的に第１の電圧降下回路３００によってもたらされる。大きな電圧低下を必要とする用途では、第１の電圧降下回路３００は非常に大きな等価抵抗を有する。モータ駆動回路が作動している場合、双方向交流スイッチ１００を通過する駆動電流は、第１の電圧降下回路３００を通過することになる。従って、双方向交流スイッチ１００の制御端子の駆動電流は非常に小さくなる。すなわち、双方向交流スイッチ１００の選択に際して、駆動電流の振幅が非常に小さいタイプの双方向交流スイッチを選択することが必要とされる。しかしながら、上記の条件を満たす双方向交流スイッチは、製造プロセスに関する要求が非常に高く、低い駆動電流に対応できる双方向交流スイッチを製造することは高いコストに直接つながる。別の態様では、駆動電流が小さな双方向交流スイッチは、相応して小さな負荷電流に耐えるだけなので、負荷電流が大きな双方向交流スイッチの用途についての要求を満たすことができない。これを考慮して、上記モータ駆動回路は以下のように構成される。すなわち、双方向交流スイッチ１００が駆動電流を有する場合、第１の電圧降下回路３００を通過する電流は、双方向交流スイッチ１００がオフになっている場合に第１の電圧降下回路３００を通過する電流よりも大きい、及び／又は、双方向交流スイッチ１００が駆動電流を有する場合、モータＭを通過する電流は、双方向交流スイッチ１００がオフになっている場合にモータＭお通過する電流よりも大きい。図２に示すように、本開示によって提供される上記構成の解決策の特定の実施構成では、モータ駆動回路は、整流回路２００の第２の入力端子と第２のノードＢとの間に設けられた第２の電圧降下回路６００をさらに含むことができる。第１の電圧降下回路３００と同様に、第２の電圧降下回路６００は、少なくとも第２の電圧降下抵抗ＲＢを含むことができる。この場合、第１の電圧降下回路３００の等価抵抗を適切に小さくして双方向交流スイッチ１００の駆動電流を大きくすることができる。従って、双方向交流スイッチ１００の選択に際して、駆動電流が大きくかつ負荷電流も大きい双方向交流スイッチを選択することができるので、回路デザインに関するコストが削減される。第１の電圧降下回路３００及び第２の電圧降下回路６００がモータ駆動回路の適切な電圧降下をもたらす限りにおいて、第１の電圧降下回路３００及び第２の電圧降下回路６００の等価抵抗の値は、特定の要件に応じて割り当てることができる。

本開示の上記の実施形態に開示した技術的解決策では、切換制御回路４００は、磁気誘導信号及び交流電源の極性に基づいて、双方向交流スイッチ１００を制御してオン又はオフにするよう構成される。具体的に、双方向交流スイッチは、交流電源ＡＣが正の半周期にありかつモータの回転子の磁界が第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回転子が第１の極性とは反対の第２の極性である場合にオンになり、交流電源ＡＣが負の半周期にありかつ回転子が第１の極性である場合、又は交流電源が正の半周期にありかつ回転子が第２の極性である場合にオフになる。磁界のどの極性が第１の極性であり、磁界のどの極性が第２の極性であるかは、必要に応じて回転子の始動方向に基づいて決定することができる。

本開示の上記の実施形態に開示した解決策では、切換制御回路４００は、２つの状態、即ち第１の状態及び第２の状態で作動するように構成することができる。双方向交流スイッチ１００がオンである場合、切換制御回路４００は、少なくとも第１の状態と第２の状態との間で切り換わる。第１の状態は、電流が整流回路２００の高電圧出力端子から切換制御回路４００を通って双方向交流スイッチ１００の制御端子へ流れる状態であり、第２の状態は、電流が双方向交流スイッチ１００の制御端子から制御回路４００を通って整流回路２００の低電圧出力端子へ流れる状態である。具体的に、切換制御回路４００は、双方向交流スイッチ１００の異なるオン条件に基づいて異なる状態へ切り換わる。例えば、回転子の磁界の極性が第１の極性でありかつ交流電源が正の半周期で作動する場合、双方向交流スイッチ１００がオンになると、切換制御回路４００の作動状態は第１の状態であり、回転子の磁界の極性が第１の極性とは反対の第２の極性でありかつ交流電源が負の半周期で作動する場合、双方向交流スイッチ１００がオンになると、切換制御回路４００の作動状態は第２の状態である。

交流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、又は交流電源が負の半周期にありかつ外部磁界が第２の極性である場合、電流が双方向交流スイッチ１００の制御端子を通過する状況は、上述した２つの場合（第１の状態及び第２の状態）の全ての継続時間の間に制御端子に電流が流れる状況であること、又は上述した２つの場合の一部の継続時間の間に制御端子に電流が流れる状況であることに留意されたい。

少なくとも１つの実施形態において、切換制御回路４００が第１の状態と第２の状態との間で切り換わる場合は、切換制御回路４００が１つの状態の終了後直ちに他の状態へ切り換わる場合、又は切換制御回路４００が１つの状態の終了後所定の時間間隔で他の状態へ切り換わる場合とすることができる。少なくとも１つの実施形態において、２つの状態の間の時間間隔では、切換制御回路４００と双方向交流スイッチ１００との間に電流の相互作用はない。

切換制御回路４００は、第１のスイッチＫ１及び第２のスイッチＫ２を含むことができる。第１のスイッチＫ１は第１の電流路に接続され、回転子の磁界の極性及び交流電源の極性に基づいて、第１の電流路を制御してオン又はオフにするように構成される。第１の電流路は、双方向交流スイッチ１００の制御端子と整流回路２００の高電圧出力端子との間に設けられる。第２のスイッチＫ２は第２の電流路に接続され、回転子の磁界の極性及び交流電源の極性に基づいて、第２の電流路を制御してオン又はオフにするように構成される。第２の電流路は、双方向交流スイッチ１００の制御端子と整流回路２００の低電圧出力端子との間に設けられる。

第１の電流路及び第２の電流路は、磁気誘導信号の制御下で交互に選択的にオンになり、切換制御回路４００は第１の状態と第２の状態との間で切り換わる。好ましくは、第１のスイッチＫ１はトライオードとすることができ、第２のスイッチＫ２はトライオード又はダイオードとすることができ、このことは本開示では限定されず、状況次第である。

具体的には、図３に示すように本開示の実施形態では、第１のスイッチＫ１及び第２のスイッチＫ２は、一対の相補型半導体スイッチである。第１のスイッチＫ１は低レベルでオンになり、第２のスイッチＫ２は高レベルでオンになる。第１のスイッチＫ１は第１の電流路に接続され、第２のスイッチＫ２は第２の電流路に接続される。第１のスイッチＫ１の制御端子及び第２のスイッチＫ２の制御端子は、両方とも、磁気センサ５００に接続される。第１のスイッチＫ１の電流入力端子は整流回路２００の高電圧出力端子に接続され、第１のスイッチＫ１の電流出力端子は第２のスイッチＫ２の電流入力端子に接続され、第２のスイッチＫ２の電流出力端子は整流回路２００の低電圧出力端子に接続される。磁気センサ５００の出力端子から出力される磁気誘導信号が低レベルである場合、第１のスイッチＫ１がオンになり、第２のスイッチＫ２がオフになり、モータ駆動回路の電流は、整流回路２００の高電圧出力端子から第１のスイッチＫ１を通って双方向交流スイッチ１００の制御端子に流れる。磁気センサ５００によって出力される磁気誘導信号が高レベルである場合、第２のスイッチＫ２がオンになり、第１のスイッチＫ１がオフになり、負荷電流は、双方向交流スイッチ２０の制御端子から第２のスイッチＫ２を通って整流回路２００の低電圧出力端子に流れる。少なくとも１つの実施形態では、第１のスイッチＫ１は、ｐチャンネル金属酸化膜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Ｋ２は、ｎチャンネル金属酸化膜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、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）のような他のタイプの半導体スイッチとすることができる。

本開示の別の実施形態では、図４に示すように、第１のスイッチＫ１は高レベルでオンになるスイッチであり、第２のスイッチＫ２は一方向ダイオードであり、第１のスイッチＫ１の制御端子及び第２のスイッチＫ２のカソードは、磁気センサ５００の出力端子に接続される。第１のスイッチＫ１の電流入力端子は整流回路２００の高電圧出力端子に接続され、第１のスイッチＫ１の電流出力端子及び第２のスイッチＫ２のアノードは、双方向交流スイッチ１００の制御端子に接続される。第１のスイッチＫ１は第１の電流路に接続され、第２のスイッチＫ２及び磁気センサ５００は第２の電流路に接続される。磁気センサ５００の出力端子から出力される磁気誘導信号が高レベルである場合、第１のスイッチＫ１がオンになり、第２のスイッチＫ２がオフになり、モータ駆動回路の電流は、整流回路２００の高電圧出力端子から第１のスイッチＫ１を通って双方向交流スイッチ１００の制御端子に流れる。磁気センサ５００の出力端子から出力される磁気誘導信号が低レベルである場合、第２のスイッチＫ２がオンになり、第１のスイッチＫ１がオフになり、モータ駆動回路の電流は、双方向交流スイッチ１００の制御端子から第２のスイッチＫ２及び磁気センサ５００を順に通って整流回路２００の低電圧出力端子に流れる。本開示の他の実施形態では、第１のスイッチＫ１及び第２のスイッチＫ２は他の構造とすることができ、このことは本開示では限定されず、状況次第である。

本開示の別の実施形態では、切換制御回路４００は、電流が双方向交流スイッチの制御端子に流れる第１の電流路と、電流が双方向交流スイッチの制御端子から流れる第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されたスイッチとを含む。スイッチは磁気誘導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にする。好ましくは、第１の電流路及び第２の電流路の他方にはスイッチがない。

図５Ａに示すように、具体的な実施構成において、切換制御回路４００は、並列に接続された一方向スイッチＤ１及び抵抗Ｒ１を含む。一方向スイッチＤ１の電流入力端子は磁気センサ５００の出力端子に接続され、一方向スイッチＤ１の電流出力端子は、双方向交流スイッチ１００の制御端子に接続される。磁気センサ５００及び一方向スイッチＤ１は、電流が整流回路２００の高電圧出力端子から双方向交流スイッチ１００の制御端子に流れる電流路に接続され、磁気センサ５００及び抵抗Ｒ１は、電流が双方向交流スイッチ１００の制御端子から整流回路２００の低電圧出力端子に流れる電流路に設けられる。一方向スイッチＤ１は磁気誘導信号が高レベルである場合にオンになり、モータ駆動回路の電流は、整流回路２００の高電圧出力端子から磁気センサ５００及び一方向スイッチＤ１を順に通って双方向交流スイッチ１００の制御端子に流れる。一方向スイッチＤ１は磁気誘導信号が低レベルである場合にオフになり、モータ駆動回路の電流は、双方向交流スイッチ１００の制御端子から抵抗Ｒ１及び磁気センサ５００を順に通って整流回路２００の低電圧出力端子に流れる。

図５Ｂに示すように、別の具体的な実施構成において、切換制御回路４００は、磁気センサ５００の出力端子と双方向交流スイッチの制御端子との間に逆向きに直列に接続されたダイオードＤ２及びＤ３と、直列に接続されたＤ２及びＤ３に対して並列に接続された抵抗Ｒ２と、ダイオードＤ２及びＤ３の共通の端子と整流回路２００の高電圧出力端子との間に接続された抵抗Ｒ３とを含む。ダイオードＤ２のカソードは磁気センサ５００の出力端子に接続される。ダイオードＤ２は磁気誘導信号によって制御される。磁気誘導信号が高レベルである場合、ダイオードＤ２がオフになり、モータ駆動回路の電流は、整流回路２００の高電圧出力端子から抵抗Ｒ３及びダイオードＤ３を順に通って双方向交流スイッチ１００の制御端子に流れる。磁気誘導信号が低レベルである場合、モータ駆動回路の電流は、双方向交流スイッチ１００の制御端子から抵抗Ｒ２及び磁気センサ５００を順に通って整流回路２００の低電圧出力端子に流れる。

上記の実施形態に基づいて、図１Ａ又は図１Ｂに示すように、本開示の実施形態では、切換制御回路４００の入力端子は整流回路２００の高電圧出力端子に接続され、切換制御回路４００の出力端子は双方向交流スイッチ１００の制御端子に接続される。磁気センサ５００の電源入力端子は、整流回路２００の高電圧出力端子に直接又は間接的に接続され、磁気センサ５００の接地端子は整流回路２００の低電圧出力端子に接続され、磁気センサ５００の出力端子は切換制御回路４００の制御端子に接続される。モータ駆動回路は以下のように構成される。すなわち、交流電源が正の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第２の極性である場合、磁気センサ５００の出力端子からの出力が第１の電流路及び第２の電流路の形成を阻止し、磁気センサ５００の電力入力端子と磁気センサ５００の接地端子との間に経路が形成され、モータ駆動回路の電流は、第１の電圧低下回路３００、整流回路２００の第１の入力端子、整流回路２００の高電圧出力端子、磁気センサ５００の電力入力端子、磁気センサ５００の接地端子、整流回路２００の低電圧出力端子、整流回路２００の第２の入力端子、及び第２の電圧降下回路６００（第２の電圧降下回路が存在する場合）を順に通って第１のノードＢに流れ；交流電源が負の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第１の極性である場合、磁気センサ５００の出力端子の出力が第１の電流路及び第２の電流路の形成を阻止し、磁気センサ５００の電力入力端子と磁気センサ５００の接地端子との間に経路が形成され、モータ駆動回路の電流は、第２の電圧低下回路６００（第２の電圧降下回路が存在する場合）、整流回路２００の第２の入力端子、整流回路２００の低電圧出力端子、磁気センサ５００の接地端子、磁気センサ５００の電力入力端子、整流回路２００の高電圧出力端子、整流回路２００の第１の入力端子、及び第１の電圧降下回路３００を順に通って第１のノードＡに流れ；交流電源が負の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第２の極性である場合、磁気センサ５００の出力端子と磁気センサ５００の接地端子との間に経路が形成され、この場合、モータ駆動回路の電流は、双方向交流スイッチ１００の入力端子、双方向交流スイッチ１００の出力端子、切換制御回路４００の出力端子、切換制御回路４００の制御端子、磁気センサ５００の出力端子、磁気センサ５００の接地端子、整流回路２００の低電圧出力端子、整流回路２００の第１の入力端子、及び第１の電圧降下回路３００を順に通って第１のノードＡに流れる。本開示に説明した２つの端子の間に「形成された経路」は、電流が２つの端子を通過することを指し、２つの端子が短絡していると狭義に解釈すべきでないことに留意されたい。

少なくとも１つの実施形態では、交流電源が正の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第１の極性の場合、切換制御回路４００の入力端子と切換制御回路４００の出力端子との間に経路が形成され、この場合、モータ駆動回路の電流は、第１の電圧降下回路３００、整流回路２００の第１の入力端子、整流回路２００の高電圧出力端子、切換制御回路４００の入力端子、切換制御端子４００の出力端子、双方向交流スイッチ１００の制御端子、及び双方向交流スイッチ１００の第１の端子を順に通って第２のノードＢに流れ；交流電源が負の半周期で作動しかつ回転子の磁界の極性が第２の極性の場合、切換制御回路４００の出力端子と切換制御回路４００の制御端子との間に経路が形成される。

少なくとも１つの実施形態では、磁気センサ５００は第１の電源から給電され、切換制御回路４００は第１の電源とは異なる第２の電源から給電される。本開示の実施形態では、第２の電源は、可変振幅（ｖａｒｙｉｎｇ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）電源とすること又は一定振幅（ｃｏｎｓｔａｎｔ ａｍｐｌｉｔｕｄｅ）の直流電源とすることができることに留意されたい。第２の電源は、可変振幅電源である場合、可変振幅の直流電源が望ましいが、このことは本開示では限定されず、状況次第である。

少なくとも１つの実施形態では、第１の電源は一定振幅の直流電源であり、これにより磁気センサ５００に安定した駆動信号が供給され、磁気センサ５００が堅実に作動することが可能になる。

少なくとも１つの実施形態では、第１の電源の出力電圧の平均値は、第２の電源の出力電圧の平均値よりも小さい。磁気センサ５００に低電力消費の電源によって給電する場合、モータ駆動回路の電力消費を低減することができ、切換制御回路４００に高電力消費の電源によって給電する場合、双方向交流スイッチ１００の制御端子は大電流を得ることができるので、モータ駆動回路が十分な駆動能力を有することができることに留意されたい。

少なくとも１つの実施形態では、モータ駆動回路は、整流回路２００と磁気センサ５００との間に設けられた定電圧回路をさらに含む。本実施形態では、整流回路２００は第２の電源として使用することができ、定電圧回路は第１の電源として使用することができる。定電圧回路は、整流回路２００から出力された第１の電圧を第２の電圧に調整するように構成される。第２の電圧は磁気センサ５００用の供給電圧であり、第１の電圧は切換制御回路４００用の供給電圧である。第１の電圧の平均値は第２の電圧の平均値より大きく、これによりモータ駆動回路の電力消費が低減されかつモータ駆動回路は十分な駆動能力を有することができる。

少なくとも１つの実施形態では、整流回路２００は、全波ブリッジ整流器と、全波ブリッジ整流器の出力に接続された電圧安定化ユニットとを含む。全波ブリッジ整流器は、交流電源ＡＣから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は、全波ブリッジ整流器から出力された直流信号を所定値の範囲内に安定させるように構成される。

図６には、整流回路２００の具体的な回路が示される。電圧安定化ユニットは、全波ブリッジ整流器の２つの出力端子の間に接続されたツェナーダイオードＤＺを含む。全波ブリッジ整流器は、直列に接続された第１のダイオード２１１及び第２のダイオード２１２と、直列に接続された第３のダイオード２１３及び第４のダイオード２１４とを含む。第１のダイオード２１１及び第２のダイオード２１２の共通の端子は、第１の電圧降下回路３００に接続される。モータ駆動回路が第２の電圧降下回路６００を含む場合、第３のダイオード２１３及び第４のダイオード２１４の共通の端子は第２の電圧降下回路６００に接続され、モータ駆動回路が第２の電圧降下回路６００を含まない場合、第３のダイオード２１３及び第４のダイオード２１４の共通の端子は第２のノードＢに接続される。

全波ブリッジ整流器の低電圧出力端子は、第１のダイオード２１１の入力端子を第３のダイオード２１３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高電圧出力端子は、第２のダイオード２１２の出力端子を第４のダイオード２１４の出力端子に電気的に接続することにより形成される。ツェナーダイオードＤＺは、第２のダイオード２１２及び第４のダイオード２１４の共通の端子と、第１のダイオード２１１及び第３のダイオード２１３の共通の端子との間に接続される。本開示の実施形態では、切換制御回路４００の入力端子は、全波ブリッジ整流器の高電圧出力端子に電気的に接続されることに留意されたい。

図７に示すように、本開示の実施形態では、磁気センサ５００は、外部磁界を検出して外部磁界を電気信号へ変換するように構成された磁界検出素子５１０と、電気信号を増幅して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５２０と、増幅かつ逆スクランブルされた電気信号を磁気誘導信号へ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５３０とを含む。外部磁界の極性のみを識別する用途では、磁気誘導信号は切換式デジタル信号とすることができる。好ましくは、磁界検出素子５１０はホールプレートとすることができる。

本開示の少なくとも１つの実施形態では、整流回路、出力制御回路、及びホールセンサの１又は２以上を同じ集積回路に統合することができる。

本開示の実施形態によるモータ構成要素がさらに提供される。モータ構成要素は、モータと、上記の実施形態のいずれかによるモータ駆動回路とを含む。

少なくとも１つの実施形態では、モータは同期モータである。本開示によるモータ駆動回路は、同期モータ、並びにブラシレス直流モータ等の他のタイプの永久磁石モータに適用可能であることが理解できる。図８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、電炉鋼、及びケイ素鋼等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、固定子巻線１６を交流電源と直列に接続する場合、回転子１１は、定常状態時、が一定の回転数の毎分６０ｆ／ｐで動作し、ここでｆは交流電源の周波数、ｐは回転子の極対の数である。本実施形態では、固定子鉄心１２は、互いに向かい合った２つの磁極１４を含む。各々の磁極は磁極弧１５を含む。回転子１１の外側面は磁極弧１５に向かい合っており、回転子１１の外側面と磁極弧１５と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、固定子と回転子との間の大部分の空間に均一な空隙が形成され、固定子と回転子との間の空間の小部分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、凹状の始動溝１７を固定子の磁極の磁極弧１５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、回転子と同心とすることができる。上述の構成により、不均一な磁界を形成することができ、回転子が静止している場合、回転子の磁極軸Ｓ１は、固定子の磁極の中心軸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給電される毎に始動トルクを有することができる。回転子の磁極軸Ｓ１は、異なる極性を有する回転子の２つの磁極間の境界を指し、固定子の磁極１４の中心軸Ｓ２は、固定子の２つの磁極１４の中心点を通る接続線を指す。本実施形態では、固定子及び回転子の各々は２つの磁極を含む。他の実施形態では、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、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されたい。

少なくとも１つの実施形態では、切換制御回路４００の第１のスイッチＫ１の電流入力端子は、全波ブリッジ整流器の高電圧出力端子に接続され、第２のスイッチＫ２の電流出力端子は、磁気センサ５００を経由して全波ブリッジ整流器の低電圧出力端子に接続される。交流電源ＡＣから出力された信号が正の半周期でありかつ磁気センサ５００が低レベルを出力する場合、切換制御回路４００の第１のスイッチＫ１はオンになり、第２のスイッチＫ２はオフになる。この場合、図９Ａに示すように、駆動電流は、交流電源、モータ、第１の電圧降下回路、全波ブリッジ整流器の第２のダイオード２１２の出力端子、切換制御回路４００の第１のスイッチＫ１を順に双方向交流スイッチ１００に流れ、その後、交流電源へ還流する。駆動電流は、第１の電圧降下回路３００だけを通過し、第１の電圧降下回路３００の等価抵抗を小さくすることでより大きな駆動電流を得ることができる。双方向交流スイッチ１００がオンになった後、他の回路は短絡して出力を停止する。双方向交流スイッチ１００の２つのアノードを通過する負荷電流が十分に大きいので（その保持電流よりも大きい）、制御端子と第１のアノードとの間に駆動電流がなくても、双方向交流スイッチ１００はオン状態を維持する。交流電源から出力された信号が負の半周期でありかつ磁気センサ５００が高レベルを出力する場合、切換制御回路４００の第１のスイッチＫ１はオフになり、第２のスイッチＫ２はオンになる。図９Ｂに示すように、駆動電流は、交流電源から、双方向交流スイッチ１００、切換制御回路４００の第２のスイッチＫ２、全波ブリッジ整流器の低電圧出力端子、及び第１のダイオード２１１並びに第１の電圧降下回路３００を流れ、交流電源へ還流する。同様に、双方向交流スイッチ１００がオンになった後、双方向交流スイッチ１００はオン状態を維持することができ、他の回路は短絡して出力を停止する。交流電源から出力された信号が正の半周期でありかつ磁気センサ５００が高レベルを出力する場合、又は交流電源から出力される信号が負の半周期でありかつ磁気センサ５００が低レベルを出力する場合、切換制御回路４００の第１のスイッチＫ１及び第２のスイッチＫ２はオンになることができず、駆動電流がないという理由で双方向交流スイッチ１００はオフになる。図９Ｃ及び図９Ｄに示すように、双方向交流スイッチに対する駆動電流がある場合、電流は、モータ、整流回路２００、磁気センサ５００、第１の電圧降下回路３００、及び第２の電圧降下回路６００を流れ、この電流は、モータ及び第１の電圧降下回路３００を流れる電流よりも小さい。従って、切換制御回路４００は、交流電源の極性変化及び磁気誘導信号に基づいて、双方向交流スイッチ１００をオン状態とオフ状態との間で所定の方法で切り換えて、固定子巻線１６の電力モードを制御することができ、固定子から発生した変動磁場が、回転子の磁界の位置に適応し、回転子を駆動して一方向に回転させるので、回転子は、モータが給電される毎に一定方向に回転する。

要するに、本開示の実施形態によるモータ駆動回路は、双方向交流スイッチ１００、整流回路２００、第１の電圧降下回路３００、切換制御回路４００、磁気センサ５００、及び第２の電圧降下回路６００を含む。磁気センサ５００は、外部磁界を検出して対応する磁気誘導信号を出力するように構成される。切換制御回路１００は、少なくとも磁気誘導信号に基づいて、切換制御回路４００を少なくとも第１の状態と第２の状態との間で切り換えるように構成され、モータ構成要素のモータの回転子は、モータが始動する毎に同じ方向に回転する。

本開示の実施形態によるモータ構成要素は、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、及び車両などの機器に適用することができる。家庭用電化製品は、洗濯機、食洗機、排煙装置、又は換気扇とすることができる。

本開示による実施形態をモータに応用されるモータ駆動回路を例にとって例示したが、本開示によるモータ駆動回路の応用分野は、これらに限定されないことに留意されたい。

本開示の部分は、革新的な方法で記載され、各部分における他の部分との相違が強調され、同じ又は類似の部分を理解するために他の部分に対する参照を行う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。

１００ 双方向交流スイッチ
２００ 整流回路
３００ 第１の電圧降下回路
４００ 切換制御回路
５００ 磁気センサ
Ａ 第１のノード
Ｂ 第２のノード
Ｍ モータ
ＡＣ 交流電源

Claims (10)

1. モータ駆動回路であって、
   外部交流電源の２つの端子の両端でモータと直列に接続され、第１のノードと第２のノードとの間に接続される交流スイッチと、
   第１の入力端子及び第２の入力端子を有する整流回路と、
   前記整流回路の前記第１の入力端子と前記第１のノードとの間に接続される第１の電圧降下回路と、
   を備える、モータ駆動回路。
2. 切換制御回路及び磁気センサをさらに備え、前記切換制御回路は、前記交流スイッチの制御端子と前記整流回路の出力端子との間に接続され、前記磁気センサの出力端子は、前記切換制御回路の制御端子に接続され、前記磁気センサは、前記モータの回転子の磁界を検出して対応する磁気誘導信号を出力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. 駆動電流が前記交流スイッチを駆動する場合に前記モータを流れる電流は、前記交流スイッチがオフになった場合に前記モータを流れる電流よりも大きい、請求項１に記載のモータ駆動回路。
4. 前記整流回路の前記第２の入力端子と前記第２のノードとの間に設けられた第２の電圧降下回路をさらに備える、請求項１に記載のモータ駆動回路。
5. 前記切換制御回路は、前記磁気誘導信号と前記交流電源の極性とに基づいて、前記交流スイッチを制御してオン又はオフに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。
6. 前記交流スイッチがオン状態にある場合、前記切換制御回路は、少なくとも第１の状態と第２の状態との間で切り換わり、
   前記第１の状態は、電流が前記整流回路の高電圧出力端子から前記切換制御回路を通って前記交流スイッチの前記制御端子に流れる状況であり、前記第２の状態は、電流が前記交流スイッチの前記制御端子から前記切換制御回路を通って前記整流回路の低電圧出力端子に流れる状況である、請求項１に記載のモータ駆動回路。
7. 前記回転子の前記磁界の極性が第１の極性でありかつ前記交流電源が正の半周期で作動する場合、前記切換制御回路の作動状態は前記第１の状態であり、前記回転子の前記磁界の極性が前記第１の極性とは反対の第２の極性でありかつ前記交流電源が負の半周期で作動する場合、前記切換制御回路の前記作動状態は第２の状態である、請求項６に記載のモータ駆動回路。
8. 前記切換制御回路の入力端子は、前記整流回路の高電圧出力端子に接続され、前記切換制御回路の出力端子は、前記交流スイッチの前記制御端子に接続され、
   前記磁気センサの電源入力端子は、前記整流回路の前記高電圧出力端子に接続され、前記磁気センサの接地端子は、前記整流回路の低電圧出力端子に接続され、前記磁気センサの前記出力端子は、前記切換制御回路の前記制御端子に接続される、請求項１に記載のモータ駆動回路。
9. 前記交流電源が正の半周期で作動しかつ前記回転子の前記磁界の極性が第２の極性である場合、又は前記交流電源が負の半周期で作動しかつ前記回転子の前記磁界の前記極性が第１の極性である場合、前記磁気センサの前記電力入力端子と前記磁気センサの前記接地端子との間に経路が形成され、
   前記交流電源が負の半周期で作動しかつ前記回転子の前記磁界の前記極性が前記第２の極性である場合、前記磁気センサの前記出力端子と前記磁気センサの前記接地端子との間に経路が形成される、請求項８に記載のモータ駆動回路。
10. モータと、請求項１から９のいずれかに記載のモータ駆動回路とを備え、前記モータは固定子及び回転子を備え、前記固定子は、固定子鉄心と、該固定子鉄心に巻回された単相巻線とを備える、モータ構成要素。

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