JP3211140U - 磁気センサ及び集積回路 - Google Patents

Abstract

【課題】弱く、磁気センサのオフセットが混ざった磁場検出信号を正確に取得する磁気センサを提供する。【解決手段】磁気センサは、入力ポート１４０８と、整流回路１４０２と、磁場検出回路１４０４と、出力制御回路１４０６と、出力ポート１４１０とを含む。入力ポート１４０８は、外部電源に接続する一対の入力ポート１４０８Ａ及び１４０８Ｂを含む。入力ポート１４０８が、外部電源に直列にまたは並列に接続することができる。整流回路１４０２は、全波整流器ブリッジ及び電圧調整器に基づいて実装することができる。全波整流器ブリッジは、ＡＣ電源からのＡＣ信号をＤＣ信号に変換するように構成する。電圧調整器は、ＤＣ信号を事前設定範囲内に調整するように構成する。整流回路１４０２は、磁場検出回路１４０４及び出力制御回路１４０６に調整済みＤＣ信号を供給する。【選択図】図４

Description

本教示は、回路技術の分野に関する。具体的には、本教示は磁気センサに関する。さらに、本教示は、永久磁石モータのためのドライバにも関する。

近代産業及び電子製品においては、磁場強度を誘導して電流、位置及び方向などの物理パラメータを測定するために磁気センサが広く応用されている。モータは、磁気センサの重要な応用分野である。磁気センサは、モータ内でロータ磁極位置センサとしての役割を果たすことができる。

一般に、磁気センサは、磁場検出信号を出力することしかできない。しかしながら、磁場検出信号は弱く、磁気センサのオフセットが混ざっており、正確な磁場検出信号を取得するのは難しい。

本教示は、磁気センサ及びその応用を提供する。本教示の実施形態によれば、磁気センサが、外部電源に接続される入力ポートと、磁気検出信号を生成するように構成された磁場検出回路と、磁気検出信号に応答して磁気センサの動作を制御するように構成された出力制御回路と、出力ポートとを備え、磁場検出回路は、外部磁場を検出して検出信号を出力するように構成された磁気検知要素と、検出信号を増幅し、検出信号から干渉を除去して処理済み検出信号を生成するように構成された信号処理要素と、処理済み検出信号を磁気検出信号に変換するように構成された変換要素とを含み、磁気検出信号は、磁気センサを少なくとも磁気検出信号に応答して第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るために使用され、第１の状態において、出力ポートから磁気センサの外部に負荷電流が流れ、第２の状態において、外部から磁気センサの出力ポートに負荷電流が流れる。

いくつかの実施形態では、検出信号が、磁場信号及び偏差信号を含み、信号処理要素は、検出信号を、チョッパー周波数及びベースバンド周波数にそれぞれ対応する偏差信号と磁場信号とに分離するように構成された第１のチョッパースイッチと、偏差信号及び磁場信号を増幅し、増幅された偏差信号及び増幅された磁場信号をチョッパー周波数及びベースバンド周波数にそれぞれ切り換えるように構成されたチョッパー増幅器と、チョッパー周波数の偏差信号をフィルタ除去するように構成されたフィルタ回路とを含む。

いくつかの実施形態では、チョッパー増幅器が、第１の増幅器と、第２のチョッパースイッチとを含み、第１の増幅器は、第１のチョッパースイッチからの偏差信号及び磁場信号に対して１段目の増幅を行って増幅された偏差信号及び増幅された磁場信号をそれぞれ生成するように構成され、第２のチョッパースイッチは、増幅された偏差信号及び増幅された磁場信号をチョッパー周波数及びベースバンド周波数にそれぞれ切り換えるように構成される。

いくつかの実施形態では、第１の増幅器が、折り返しカスコード増幅器を含む。

いくつかの実施形態では、チョッパー増幅器が、第２のチョッパースイッチに直列に接続された第２の増幅器をさらに含み、第２の増幅器は、チョッパー周波数に切り換わった増幅された偏差信号、及びベースバンド周波数に切り換わった増幅された磁場信号に対して２段目の増幅を行うように構成される。

いくつかの実施形態では、信号処理要素が、チョッパー増幅器とフィルタ回路との間に結合されたサンプルホールド回路をさらに含み、サンプルホールド回路は、第１の差動信号対をクロックサイクルの前半中及び後半中にそれぞれサンプリングし、クロックサイクル中に２つのサンプリングされた差動信号対を出力するように構成される。

いくつかの実施形態では、フィルタ回路が、２つのサンプリングされた差動信号対に基づいて第２の差動信号対を計算するように構成された第１のフィルタを含む。

いくつかの実施形態では、フィルタ回路が、第２の差動信号対をさらに増幅し、偏差信号を除去して第３の差動信号対を生成するように構成された第２のフィルタをさらに含む。

いくつかの実施形態では、変換要素が、第３の差動信号対に基づいて決定された出力電圧を高電圧閾値と比較するように構成された第１の比較器と、出力電圧を低電圧閾値と比較するように構成された第２の比較器と、出力電圧が高電圧閾値よりも高い場合に第１の電圧を出力し、又は出力電圧が低電圧閾値よりも低い場合に第２の電圧を出力し、又は出力電圧が低電圧閾値と高電圧閾値との間に存在する場合に変換要素の出力を維持するように構成されたラッチ論理回路とを含み、第１の比較器及び第２の比較器は、フィルタ回路からの第３の差動信号対と差動信号対基準とを入力として取る。

いくつかの実施形態では、ラッチ論理回路が、磁場強度が予め設定した作用点に達した場合に第１の電圧を出力し、又は磁場強度が予め設定した解除点に達しなかった場合に第２の電圧を出力し、又は磁場強度が予め設定した解除点と予め設定した作用点との間に存在する場合に変換要素の出力を維持するように構成される。

いくつかの実施形態では、磁気センサが、入力ポートに結合されて磁場検出回路に電圧源を提供するように構成された整流回路と、磁気センサを、磁気検出信号に基づいて第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るよう構成された出力制御回路とをさらに備え、出力制御回路は、出力ポートに結合して、第１の状態において出力ポートから磁気センサの外部に負荷電流を流すことができる第１の電流路を形成する第１のスイッチと、出力ポートに結合して、第２の状態において磁気センサの外部から出力ポートに負荷電流を流すことができる第２の電流路を形成する第２のスイッチとを含み、第１及び第２のスイッチは、磁気検出信号に基づいて第１及び第２電流路を選択的に作動させる。

いくつかの実施形態では、第１のスイッチがトランジスタであり、第２のスイッチがダイオード又はトランジスタのいずれかである。

本教示の別の実施形態によれば、磁気センサ用集積回路が、外部電源に接続される入力ポートと、出力ポートと、磁気検出信号を生成するように構成された磁場検出回路とを備え、磁場検出回路は、外部磁場を検出して、磁場信号と偏差信号とを含む検出信号を出力するように構成された磁気検知要素と、検出信号を増幅し、干渉を除去して処理済み検出信号を生成するように構成された信号処理要素と、処理済み検出信号を磁気検出信号に変換するように構成された変換要素とを含み、磁気検出信号は、磁気センサを少なくとも磁気検出信号に応答して第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るために使用され、信号処理要素は、検出信号を、チョッパー周波数及びベースバンド周波数にそれぞれ対応する磁場信号と偏差信号とに分離するように構成された第１のチョッパースイッチと、磁場信号及び偏差信号を別個に増幅し、増幅された偏差信号及び増幅された磁場信号をチョッパー周波数及びベースバンド周波数にそれぞれ切り換えるように構成されたチョッパー増幅器と、チョッパー周波数に切り換わった偏差信号を除去するように構成されたフィルタ回路とを含む。

本教示の別の実施形態によれば、モータアセンブリが、交流（ＡＣ）電力を供給する外部電源に結合されたモータと、モータによって生じた磁場を検出するように構成された磁気センサと、検出された磁場に基づいて決定された磁気センサの動作状態に基づいてモータを制御するように構成された双方向スイッチとを備え、磁気センサは、磁場を検出し、検出した磁場に基づいて磁気検出信号を生成するように構成された磁場検出回路と、少なくとも磁気検出信号に応答して第１の状態又は第２の状態の少なくとも一方で動作するように磁気センサを制御するよう構成された出力制御回路をと含み、第１の状態において、磁気センサの外部から磁気センサ内に電流が流れ、第２の状態において、磁気センサから磁気センサの外部に電流が流れる。

本明細書で説明する方法、システム及び／又はプログラムを、例示的な実施形態の観点からさらに説明する。これらの例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。これらの実施形態は、図面の複数の図を通じて同様の構造を同じ参照数字によって示す非限定的な例示的実施形態である。

本教示の実施形態による磁気センサの例示的な概略図である。 本教示の実施形態による信号処理要素１１１０の例示的な概略図である。 本教示の実施形態によるチョッパー増幅器１２０４の例示的な概略図である。 本教示の別の実施形態によるチョッパー増幅器１２０４の例示的な概略図である。 本教示の実施形態による磁気センサの例示的な概略図である。 本教示の実施形態による整流回路１４０２の例示的な概略図である。 本教示の実施形態によるホール検出器１４２０及び第１のチョッパースイッチの例示的な回路図である。 図６の回路図による例示的な信号出力を示す図である。 本教示の実施形態によるフィルタ回路１４２８の例示的な回路図である。 本教示の実施形態による比較回路１４３０の例示的な回路図である。 磁場の極性を求めるための例示的な概略図である。 クロックサイクルにおける例示的な信号出力を示す図である。 本教示の実施形態による出力制御回路１４０６の例示的な回路図である。 本教示の別の実施形態による出力制御回路の例示的な回路図である。 本教示のさらに別の実施形態による出力制御回路の例示的な回路図である。 本教示に従って構成した磁気センサを組み込んだモータ２５００の例示的な概略図である。 本教示に従って構成した磁気センサを組み込んだ同期モータ２６００の例示的な概略図である。

以下の詳細な説明では、関連する教示を完全に理解できるように数多くの具体的詳細を一例として示す。しかしながら、当業者には、このような詳細を伴わずに本教示を実施できることが明らかなはずである。その他の場合、周知の方法、手順、システム、構成要素及び／又は回路については、本教示の態様を不必要に曖昧にしないように、詳細を含まずに比較的高水準で説明している。

明細書及び実用新案登録請求の範囲における用語は、明記する意味以外にも、文脈において示唆又は暗示される微妙に異なる意味を有することができる。同様に、本明細書で使用する「１つの実施形態／例では」という表現は、必ずしも同じ実施形態について言及するものではなく、本明細書で使用する「別の実施形態／例では」という表現は、必ずしも異なる実施形態について言及するものではない。例えば、実用新案登録請求の範囲に記載する主題は、例示的な実施形態の全体的又は部分的な組み合わせを含むことが意図されている。

一般に、専門用語は、文脈における使用から少なくとも部分的に理解することができる。例えば、本明細書で使用する「及び」、「又は」、「及び／又は」などの用語は、このような用語が使用されている文脈に少なくとも部分的に依存できる様々な意味を含むことができる。通常、「又は」という用語は、Ａ、Ｂ又はＣのようにリストを関連付けるために使用されている場合、包括的な意味でのＡ、Ｂ及びＣ、並びに排他的な意味でのＡ、Ｂ又はＣを意味することが意図されている。また、本明細書で使用する「１又は２以上」という用語は、少なくとも部分的に文脈に依存して、いずれかの特徴、構造又は特性を示すために単数形の意味で使用することも、或いは特徴、構造又は特性の組み合わせを示すために複数形の意味で使用することもできる。同様に、「１つの（英文不定冠詞）」及び「その（英文定冠詞）」などの用語も、少なくとも部分的に文脈に依存して、単数形の使用又は複数形の使用を伝えるものであると理解することができる。また、「〜に基づいて（ｂａｓｅｄ ｏｎ）」という用語は、必ずしも排他的な一連の要因を伝えることを意図するものではなく、必ずしも明記していないさらなる要因が存在することもできると理解することができる。

本教示における磁気センサは、少なくとも１つの折り返しカスコード増幅器を使用する。折り返しカスコード増幅器は、微小入力信号を効率的に増幅して大きな利得を有することができる。また、折り返しカスコード増幅器は、優れた周波数持性を有するように構成され、超広周波数範囲に広がる信号を処理することができる。さらに、本教示の磁気センサは、追加のＡ／Ｄ変換設備を必要とせずに都市ＡＣ電源に直接接続することができる。従って、本教示は、様々な分野への磁気センサの実装を容易にする。さらに、磁場検出回路は、検出された磁場信号を効果的に増幅し、電圧を調整し、干渉信号をフィルタ処理することができる。従って、磁気センサは、外部磁場の極性に対して正確な信号を生成して電気ロータの動作を制御することができる。

以下の説明に部分的に示すさらなる新規の特徴は、以下の添付図面の検討時に当業者に部分的に明らかになり、或いは実例の製造又は動作によって把握することができる。本教示の新規の特徴は、後述する詳細な例に示す方法、手段及びこれらの組み合わせの様々な態様を実施又は使用することによって実現又は達成することができる。本明細書において以下で開示する磁気センサ、磁気センサに実装する信号処理方法、並びにこれらの磁気センサ及び信号処理方法を使用するモータは、限定するわけではないが、集積回路及びその他の回路の実装を含む、当業者に周知のいずれかの回路技術を用いて達成することができる。

図１は、本教示の実施形態による磁気センサの例示的な概略図である。この実施形態による磁気センサは、入力ポート１１０２と、磁場検出回路１１０４と、出力ポート１１０６とを含む。入力ポート１１０２は、外部電源に接続して磁場検出回路１１０４に電力を供給するように構成される。いくつかの実施形態では、外部電源が直流（ＤＣ）電源である。別の実施形態では、外部電源が交流（ＡＣ）電源である。磁場検出回路１１０４は、外部磁場を検出して磁場検出信号を生成するように構成される。そして、この磁場検出信号１１０６は、磁気センサ及びモータ、又は磁気センサを使用するあらゆる電気設備の動作状態を制御するように応用される。

磁場検出回路１１０４は、磁気検知要素１１０８と、信号処理要素１１１０と、変換要素１１１４とを含むことができる。磁気検知要素１１０８は、外部磁場を検知して第１の検出信号１１２０を出力するように構成される。磁気検知要素１１０８から出力される第１の検出信号１１２０は、少なくとも磁場信号及び偏差信号を含む。磁場信号は、磁気検知要素１１０８によって検知された外部磁場に関連する実際の磁気電圧信号を示す。偏差信号は、磁気検知要素１１０８内で継承されるバイアス信号である。

実際の磁気電圧信号は、少なくとも継承されたバイアス信号に干渉されることがあるので、信号処理要素１１１０は、受け取った第１の検出信号１１２０を増幅し、第１の検出信号１１２０から干渉信号を除去して第２の検出信号１１２２を生成するように構成される。いくつかの実施形態では、信号処理要素１１１０が、少なくとも１つの折り返しカスコード増幅器１１１２を含むことができる。

変換要素１１１４は、第２の検出信号１１２２を磁場検出信号に変換し、出力ポート１１０６を介して磁場検出信号を出力するように構成される。いくつかの実施形態では、磁場検出信号が切り換え検出信号である。

図２は、本教示の実施形態による信号処理要素１１１０の例示的な概略図である。図１による信号処理要素１１１０は、第１のチョッパースイッチ（Ｚ１）１２０２と、第１のチョッパー増幅器（ＩＡ）１２０４とを含む。第１のチョッパースイッチ１２０２は、ベースバンド周波数及びチョッパー周波数でそれぞれ搬送される偏差信号と磁場信号とを分離するように構成される。第１のチョッパー増幅器１２０４は、偏差信号及び磁場信号を増幅し、増幅された偏差信号及び磁場信号をそれぞれチョッパー周波数及びベースバンド周波数に切り換えて送信するように構成される。いくつかの実施形態では、チョッパー周波数が１００ＫＨｚよりも高く、ベースバンド周波数が２００Ｈｚよりも低い。

いくつかの実施形態では、外部電源がＡＣ電源である場合、ベースバンド周波数がＡＣ電源の周波数に比例する。いくつかの実施形態では、ベースバンド周波数がＡＣ電源の周波数の２倍である。

いくつかの実施形態では、信号処理要素１１１０が、チョッパー周波数を介して送信された偏差信号を除去するように構成された低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２０６をさらに含むことができる。

この実施形態では、第１のチョッパースイッチ（Ｚ１）１２０２、第１のチョッパー増幅器（ＩＡ）１２０４及び低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２０６の入力及び出力の各々を単一の線で示している。図２は、説明目的のものであると理解されたい。本教示は、限定を意図したものではない。第１のチョッパースイッチ（Ｚ１）１２０２、第１のチョッパー増幅器（ＩＡ）１２０４及び低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２０６の入力及び出力の各々は、１又は２以上の入力／出力信号とすることができる。いくつかの実施形態では、第１のチョッパースイッチ（Ｚ１）１２０２、第１のチョッパー増幅器（ＩＡ）１２０４及び低域通過フィルタ（ＬＰＦ）１２０６の入力及び出力の各々が、１対又は２対以上の差動信号を含む。

図３Ａは、本教示の実施形態によるチョッパー増幅器１２０４の例示的な概略図である。図２における第１のチョッパー増幅器（ＩＡ）１２０４は、第１の増幅器（Ａ１）１３０２及び第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４を含む。第１の増幅器（Ａ１）１３０２は、第１のチョッパースイッチ（Ｚ１）１２０２からの偏差信号及び磁場信号の１段目の増幅を行うように構成される。いくつかの実施形態では、第１の増幅器（Ａ１）１３０２が、１１１２などの少なくとも１つの折り返しカスコード増幅器を用いて実装される。第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４は、増幅された偏差信号及び磁場信号をそれぞれチョッパー周波数及びベースバンド周波数に切り換えて送信するように構成される。

図３Ｂは、本教示の別の実施形態によるチョッパー増幅器１２０４の例示的な概略図である。図示の実施形態によれば、図２の第１のチョッパー増幅器（ＩＡ）１２０４が、第１の増幅器（Ａ１）１３０２及び第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４に加えて第２の増幅器（Ａ２）１３０６を含む。第２の増幅器（Ａ２）１３０６は、第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４からの偏差信号及び磁場信号の２段目の増幅をさらに行うように構成される。いくつかの実施形態では、第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４が、一段増幅器に基づいて実装される。

図３Ｂの第１の増幅器（Ａ１）１３０２、第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４及び第２の増幅器（Ａ２）１３０６の接続は、説明目的のものであると理解されたい。本教示は、限定を意図したものではない。いくつかの実施形態では、第２の増幅器（Ａ２）１３０６を、第１の増幅器（Ａ１）１３０２と第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４との間に配置することもできる。

図４は、本教示の別の実施形態による磁気センサの例示的な概略図である。この例示的な実施形態による磁気センサは、入力ポート１４０８と、整流回路１４０２と、磁場検出回路１４０４と、出力制御回路１４０６と、出力ポート１４１０とを含む。この実施形態の入力ポート１４０８は、外部電源に接続する一対の入力ポート１４０８Ａ及び１４０８Ｂを含む。いくつかの実施形態では、入力ポート１４０８が、外部電源に直列に接続することができる。さらに他の実施形態では、入力ポート１４０８が、外部電源に並列に接続することができる。

整流回路１４０２は、全波整流器ブリッジ及び電圧調整器（図示せず）に基づいて実装することができる。全波整流器ブリッジは、ＡＣ電源からのＡＣ信号をＤＣ信号に変換するように構成することができる。電圧調整器は、ＤＣ信号を事前設定範囲内に調整するように構成することができる。整流回路１４０２は、磁場検出回路１４０４及び出力制御回路１４０６に調整済みＤＣ信号を供給する。

この図示の実施形態では、磁場検出回路１４０４が、ホール検出器１４２０と、第１のチョッパースイッチ１４２２と、第１のチョッパー増幅器１４２４と、サンプルホールド回路１４２６と、フィルタ回路１４２８と、比較回路１４３０とを含む。ホール検出器１４２０は、整流回路１４０２に接続して磁場信号を検出し、検出した磁場信号を第１のチョッパースイッチ１４２２に出力する。第１のチョッパースイッチ１４２２は、図２に示す第１のチョッパースイッチ１２０２と同じ機能を果たすように構成される。第１のチョッパースイッチ１４２２は、第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝を第１のチョッパー増幅器１４２４に出力する。

第１のチョッパー増幅器１４２４は、図３Ｂに示す第１のチョッパー増幅器に基づいて実装することができる。従って、第１のチョッパー増幅器１４２４は、第１の増幅器（Ａ１）１３０２と、第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４と、第２の増幅器（Ａ２）１３０６とを含む。第１の増幅器（Ａ１）１３０２は、受け取った第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝の１段目の増幅を行う。第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４は、クロックサイクルの前半に増幅差動信号｛Ｐ１、Ｎ１｝を直接出力し、クロックサイクルの後半に増幅差動信号｛Ｐ１、Ｎ１｝を切り換えて出力するように構成される。第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４は、第２の差動信号対｛Ｐ２、Ｎ２｝を出力する。第２の差動信号対｛Ｐ２、Ｎ２｝は、第２の増幅器（Ａ２）１３０６によってさらに増幅した後でサンプルホールド回路１４２６に出力することができる。

サンプルホールド回路１４２６は、クロックサイクルの前半中及び後半中に図４の第１のチョッパー増幅器１４２４からそれぞれ出力された第２の増幅差動信号対｛Ｐ２、Ｎ２｝をサンプリングするように構成される。サンプルホールド回路１４２６の出力は、２つの差動信号対｛Ｐ２Ａ、Ｎ２Ａ｝及び｛Ｐ２Ｂ、Ｎ２Ｂ｝を含み、｛Ｐ２Ａ、Ｎ２Ａ｝の対はクロックサイクルの前半中に出力され、｛Ｐ２Ｂ、Ｎ２Ｂ｝の対はクロックサイクルの後半中に出力される。

フィルタ回路１４２８は、２つの差動信号対｛Ｐ２Ａ、Ｎ２Ａ｝及び｛Ｐ２Ｂ、Ｎ２Ｂ｝から偏差信号を除去し、差動信号｛Ｐ２Ａ、Ｎ２Ａ｝及び｛Ｐ２Ｂ、Ｎ２Ｂ｝を増幅して、比較回路１４３０に第３の差動信号｛Ｐ３、Ｎ３｝を出力するように構成される。

比較回路１４３０は、第３の差動信号対｛Ｐ３、Ｎ３｝を基準電圧信号の対と比較し、比較結果に基づいて外部磁場の極性を決定するように構成される。比較回路１４３０は、決定された外部磁場の極性を示す磁場検出信号を生成して出力制御回路１４０６に出力する。いくつかの実施形態では、磁場検出信号が切り換え磁場検出信号である。

出力制御回路１４０６は、決定された外部磁場の極性に応じた状態で動作するように磁気センサを制御するよう構成される。磁気センサは、複数の状態で動作することができる。例えば、第１の状態は、磁気センサの内部から出力ポート１４１０を介して外部に負荷電流が流れるシナリオに対応することができ、第２の状態は、磁気センサの外部から出力ポート１４１０を介して内部に負荷電流が流れるシナリオに対応することができる。いくつかの実施形態では、磁気センサが、出力ポート１４１０を電流が流れない第３の状態で動作することもできる。

通常、実際の磁気電圧信号は非常に小さい。例えば、一般には１ミリボルト未満である。しかしながら、ホール検出器１４２０によって生成される偏差信号はこれよりも高いことが多く、例えば約１０ミリボルトである。本教示は、偏差信号を除去して実際の磁気電圧信号を増幅することにより、磁気センサを使用するモータ又はいずれかの電気設備に動作可能レベルの実際の磁気電圧信号を供給できるようにすることを目的とする。いくつかの実施形態では、磁場検出回路１４０４への電圧供給が約２．５Ｖのレベルである。ホール検出器１４２０によって出力された検出信号は、第１のチョッパースイッチ１４２２、第１のチョッパー増幅器１４２４、サンプルホールド回路１４２６及びフィルタ回路１４２８を通過する際に、元々の電力利得の１０００〜２０００倍に、好ましくは元々の電力利得の１６００倍などの、これらの間のどこかの倍率に増幅することができる。この結果、検出される実際の磁気電圧信号は、磁場検出回路１４０４に供給される電圧レベルの約半分になるように増幅される。いくつかの実施形態では、第１のチョッパー増幅器１４２４が、フィルタ回路１４２８の利得よりも大きな利得を達成するように構成される。例えば、第１のチョッパー増幅器１４２４によって達成される利得を５０とし、フィルタ回路１４２８によって達成される利得を３２とすることができる。

図５は、本教示の実施形態による整流回路１４０２の例示的な概略図である。図５に示す実施形態によれば、整流回路１４０２を実装するために、第１のダイオード１５０２と、第２のダイオード１５０４と、第３のダイオード１５０６と、第４のダイオード１５０８とを含む全波整流器ブリッジが使用され、電圧調整器は、調整ダイオード１５２０を含む。第１のダイオード１５０２と第２のダイオード１５０４は直列に接続される。第３のダイオード１５０６と第４のダイオード１５０８も直列に接続される。第１のダイオード１５０２の陰極及び第２のダイオード１５０４の陽極は、電圧ＶＡＣ＋を供給する入力ポート１４０８Ａに接続するように構成される。第３のダイオード１５０６の陰極及び第４のダイオード１５０８の陽極は、電圧ＶＡＣ−を供給する入力ポート１４０８Ｂに接続するように構成される。調整ダイオード１５０２の陽極は、第１のダイオード１５０２及び第３のダイオード１５０６の陽極に接続するとともに、接地にさらに接続されるように構成される。調整ダイオード１５２０の陰極は、共に電圧ＶＤＤに接続する第２のダイオード１５０４及び第４のダイオード１５０８の陰極に接続する。

図６は、本教示の実施形態によるホール検出器１４２０及び第１のチョッパースイッチの例示的な回路図である。図示の実施形態によれば、図６では、ホール検出器１４２０と第１のチョッパースイッチ１４２２とが単一回路として統合されている。ホール検出器１４２０は、４つの接続ポート１６０２、１６０４、１６０６及び１６０８を有するホール検出回路基板を含む。接続ポート１６０２及び１６０６が互いに反対側に配置され、接続ポート１６０４及び１６０８が互いに反対側に配置される。第１のチョッパースイッチ１４２２は、４つのスイッチ１６１０、１６１２、１６１４及び１６１６を含む。スイッチ１６１０は、接続ポート１６０２及び１６０８を交互に電源ＶＣＣに接続するように制御し、スイッチ１６１２は、制御接続ポート１６０４及び１６０６を交互に接地に接続するように制御する。スイッチ１６１４は、接続ポート１６０２及び１６０８を交互に差動信号Ｐ１を出力するように制御し、スイッチ１６１６は、接続ポート１６０４及び１６０６を交互に差動信号Ｎ１を出力するように制御する。いくつかの実施形態では、ホール検出器１４２０及び第１のチョッパースイッチ１４２２が、接続ポート１６０２及び１６０８の一方が電源ＶＣＣに接続した時に、接続ポート１６０２及び１６０８の他方が差動信号Ｐ１を出力するように構成される。同時に、接続ポート１６０４及び１６０６の一方が接地に接続した時には、接続ポート１６０４及び１６０６の他方が差動信号Ｎ１を出力する。例えば、接続ポート１６０２が電源ＶＣＣに接続し、接続ポート１６０６が接地に接続した時には、接続ポート１６０８及び１６０４が、第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝を出力する。これとは別に、接続ポート１６０８が電源ＶＣＣに接続し、接続ポート１６０４が接地に接続した時には、接続ポート１６０２及び１６０６が、第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝を出力する。

いくつかの実施形態では、電源ＶＣＣを、整流回路１４０２の出力に対して電圧降下及び電圧調整を行うことによって実現される定電圧源とすることができる。他の実施形態では、電源ＶＣＣを定電流源とすることもできる。

いくつかの実施形態では、スイッチ１６１０、１６１２、１６１４及び１６１６の各々が、高電圧伝導又は低電圧伝導であるように構成された一対のスイッチを含む。このようなスイッチ対の各々は、相補的クロック信号の対によって制御することができる。ホール検出器１４２０及び第１のチョッパースイッチ１４２２は、同じ周波数の２つの相補的クロック信号対をスイッチ１６１０、１６１２、１６１４及び１６１６にそれぞれ供給することによって第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝を生成することができる。

図７に、図６の回路図による例示的な信号出力を示す。信号ＣＫ１は、クロック信号を示す。信号Ｖｏｓは、ホール検出器１４２０内で継承される偏差信号を示す。一般に、信号Ｖｏｓは、ホール検出器１４２０の物理的特性に依存する。Ｖｉｎ及び−Ｖｉｎは、クロック信号ＣＫ１の前半中及び後半中にそれぞれ第１のチョッパースイッチ１４２２によって出力される実際の磁場電圧信号を示す。実際の磁場電圧信号は、偏差信号によって引き起こされる干渉を伴わない、外部磁場に関連する理想的な磁場電圧信号である。クロック信号ＣＫ１の前半中及び後半中に第１のチョッパースイッチ１４２２によって出力される実際の磁場電圧信号は、同じ振幅及び反対の極性を有する。Ｖｏｕｔは、偏差信号Ｖｏｓと重ね合わせた又は組み合わせた実際の磁場電圧信号Ｖｉｎ又は−Ｖｉｎである第１のチョッパースイッチ１４２２の出力を示す。第１のチョッパースイッチ１４２２は、実際の磁場電圧信号Ｖｉｎ又は−Ｖｉｎと偏差信号Ｖｏｓとを分離して、これらをそれぞれチョッパー周波数及びベースバンド周波数に切り換える。いくつかの実施形態では、チョッパー周波数がクロック信号ＣＫ１の周波数であり、ベースバンド周波数が外部磁場の極性変化周波数である。

図８は、本教示の実施形態によるフィルタ回路１４２８の例示的な回路図である。図４に示すフィルタ回路１４２８は、第１のフィルタ（Ｆ１）１８０２及び第２のフィルタ（Ｆ２）１８０４を含むことができる。第１のフィルタ（Ｆ１）１８０２は、偏差信号を除去するために、サンプルホールド回路１４２６から出力された２つの信号対｛Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂ｝及び｛Ｎ２Ａ、Ｎ２Ｂ｝の各々に１段目の追加を適用するように構成される。第１のフィルタ（Ｆ１）１８０２は、１段目の追加処理後の信号に対して１段目の利得増幅を行うようにさらに構成することができる。第２のフィルタ（Ｆ２）１８０４は、第１のフィルタ（Ｆ１）１８０２からの出力信号に２段目の追加及び／又は２段目の利得増幅を適用して第３の差動信号対｛Ｐ３、Ｎ３｝を生成するように構成することができる。第１のフィルタ（Ｆ１）１８０２の利得は、第２のフィルタ（Ｆ２）１８０４の利得よりも小さくなるように構成することができる。例えば、第１のフィルタ（Ｆ１）１８０２の利得は４であり、第２のフィルタ（Ｆ２）１８０４の利得は８である。

上述したフィルタ回路１４２８の線図は説明目的のものであると理解されたい。本教示は、限定を意図したものではない。フィルタ回路１４２８は、図８に示すフィルタよりも多くの又は少ないフィルタを含むことができる。いくつかの実施形態では、フィルタ回路１４２８が、１つのフィルタのみを含むこともできる。しかしながら、この状況では、この唯一のフィルタを、より良い利得を達成するために大きな抵抗を有するように構成する必要がある。

図９は、本教示の実施形態による比較回路１４３０の例示的な回路図である。図４の比較回路１４３０は、図１のＡ／Ｄ変換要素１１１４と同じ機能を果たすことができる。この実施形態では、比較回路１４３０を、第１の比較器（Ｃ１）１９０２と、第２の比較器（Ｃ２）１９０４と、ラッチ論理回路（Ｓ）１９０６とを含む遅延比較器とすることができる。第１の比較器（Ｃ１）１９０２への入力は、第３の差動信号対｛Ｐ３、Ｎ３｝と、高電圧信号をＶｈ、低電圧信号をＶｌとする基準電圧対｛Ｖｈ、Ｖｌ｝とを含む。第２の比較器（Ｃ２）１９０４への入力は、基準電圧対｛Ｖｈ、Ｖｌ｝が逆の極性で接続されていることを除いて第１の比較器（Ｃ１）１９０２に入力されるものと同じ信号対を含む。第１の比較器（Ｃ１）１９０２は、フィルタ１４０８からの出力電圧Ｖ１（Ｖ１＝Ｐ３−Ｎ３）と、高電圧閾値Ｒｈ（Ｒｈ＝Ｖｈ−Ｖｌ）とを計算するように構成される。第１の比較器（Ｃ１）１９０２は、出力電圧Ｖ１を高電圧閾値Ｒｈと比較する。Ｖ１＞Ｒｈである場合、第１の比較器（Ｃ１）１９０２はハイを出力し、Ｖ１＜Ｒｈである場合、第１の比較器（Ｃ１）１９０２はローを出力する。第２の比較器（Ｃ２）１９０４は、フィルタ１４０８からの出力電圧Ｖ１を低電圧閾値Ｒｌ（Ｒｌ＝Ｖｌ−Ｖｈ）と比較するように構成される。Ｖ１＞Ｒｌである場合、第２の比較器（Ｃ２）１９０４はハイを出力し、Ｖ１＜Ｒｌである場合、第２の比較器（Ｃ２）１９０４はローを出力する。ＲｈはＲｌよりも大きいので、Ｖ１＞Ｒｈの場合にはＶ１＞Ｒｌであり、第１の比較器（Ｃ１）１９０２及び第２の比較器（Ｃ２）１９０４は、いずれもハイを出力する。Ｖ１＜Ｒｌの場合にはＶ１＜Ｒｈであり、第１の比較器（Ｃ１）１９０２及び第２の比較器（Ｃ２）１９０４は、いずれもローを出力する。Ｒｌ＜Ｖ１＜Ｒｈである場合、第１の比較器（Ｃ１）１９０２はローを出力し、第２の比較器（Ｃ２）１９０４はハイを出力する。第１の比較器（Ｃ１）１９０２及び第２の比較器（Ｃ２）１９０４からの比較結果は、ラッチ論理回路（Ｓ）１９０６に送られる。ラッチ論理回路（Ｓ）１９０６は、比較結果に基づいて電圧信号を生成するように構成される。この電圧信号は、磁気センサの動作状態を制御するためにさらに出力制御回路１４０６に送られる。以下、ラッチ論理回路（Ｓ）１９０６が比較結果に基づいてどのように電圧信号を生成するかについての詳細を説明する。

図１０は、本教示の実施形態による磁場の極性を求めるための例示的な概略図である。ラッチ論理回路（Ｓ）１９０６は、第１の比較器（Ｃ１）１９０２及び第２の比較器（Ｃ２）１９０４から比較結果を受け取り、フィルタ回路１４２８の出力電圧Ｖ１が出力電圧Ｒｈよりも大きいことが比較結果によって示される場合には、シンク電流状態への変化を示す第１の信号を生成する。ラッチ論理回路（Ｓ）１９０６は、第１の比較器（Ｃ１）１９０２及び第２の比較器（Ｃ２）１９０４から比較結果を受け取り、フィルタ回路１４２８の出力電圧がＲｌ未満であることが比較結果によって示される場合には、ソース電流状態への変化を示す第２の信号を生成する。ラッチ論理回路（Ｓ）１９０６は、第１の比較器（Ｃ１）１９０２及び第２の比較器（Ｃ２）１９０４から受け取り、フィルタ回路１４２８の出力電圧Ｖ１がＲｌ＜Ｖ１＜Ｒｈを満たすことが比較結果によって示される場合には、状態の変化がないことを示す第３の信号を生成する。いくつかの実施形態では、第１の電圧が、外部磁場が第１の極性を表すことを示し、第２の電圧が、外部磁場が第２の極性を表すことを示す。

図１０には、いくつかの実施形態において、外部磁場の磁場強度が作用点Ｂｏｐに達した時には比較回路１４３０が第１の信号を生成し、外部磁場の磁場強度が解除点Ｂｒｐ未満の時には比較回路１４３０が第２の信号を生成することを示している。外部磁場の磁場強度が作用点Ｂｏｐと解除点Ｂｒｐの間に存在する時には、比較回路１４３０はそのままの電流出力であり続ける。

図１１に、本教示の実施形態によるクロックサイクルにおける例示的な信号出力を示す。図１１（Ａ）に示すように、第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝は第１のチョッパースイッチ１４２２の出力であり、第２の差動信号対｛Ｐ２、Ｎ２｝は第１のチョッパー増幅器１４２４の出力であり、第３の差動信号対｛Ｐ３、Ｎ３｝はフィルタ回路１４２８の出力である。｛Ｐ１Ａ、Ｎ１Ａ｝は、クロックサイクルの前半中に第１のチョッパースイッチ１４２２から出力される差動信号対であり、｛Ｐ１Ｂ、Ｎ１Ｂ｝は、クロックサイクルの後半中に第１のチョッパースイッチ１４２２から出力される差動信号対である。｛Ｐ２Ａ、Ｎ２Ａ｝は、クロックサイクルの前半中に第１のチョッパー増幅器１４２４から出力される差動信号対であり、｛Ｐ２Ｂ、Ｎ２Ｂ｝は、クロックサイクルの後半中に第１のチョッパー増幅器１４２４から出力される差動信号対である。

上述したように、Ｖｏｕｔは、偏差信号Ｖｏｓと重ね合わせた実際の磁場電圧信号Ｖｉｎ又は−Ｖｉｎである第１のチョッパースイッチ１４２２の出力を示す。別の態様では、Ｖｏｕｔが、同じ振幅及び反対の極性を有する第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝間の差分を示す。従って、Ｐ１Ａ、Ｐ１Ｂ、Ｎ１Ａ及びＮ１Ｂは、以下の方程式によって表される。

（１）

図４の第１のチョッパー増幅器１４２４が、図３Ｂに示す実施形態を実装する場合、第１のチョッパー増幅器１４２４は、第１の増幅器（Ａ１）１３０２と、第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４と、第２の増幅器（Ａ２）１３０６とを含む。第１の差動信号対｛Ｐ１、Ｎ１｝は、第１の増幅器（Ａ１）１３０２を通過した後に差動信号｛Ｐ１’、Ｎ１’｝に増幅される。クロックサイクルの前半中及び後半中における｛Ｐ１’、Ｎ１’｝、及びこの信号のそれぞれの成分は、以下の方程式によって表される。

（２）

Ａは、第１の増幅器（Ａ１）１３０２の増幅利得を示す。Ｖｏｆｆは、ホール検出器１４２０によって生じる偏差信号Ｖｏｓと、第１の増幅器（Ａ１）１３０２によって生じる偏差信号とを含む、第１の増幅器（Ａ１）１３０２によって出力される偏差信号を示す。説明を目的として、以下の本明細書の説明からは係数Ａ及び１／２を無視する。

第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４は、クロックサイクルの前半中には増幅差動信号｛Ｐ１、Ｎ１｝を直接出力し、クロックサイクルの後半中には増幅差動信号｛Ｐ１、Ｎ１｝を切り換えて出力し、第２のチョッパースイッチ（Ｚ２）１３０４からの出力は、クロックサイクルの各半分において２つの成分を含む。サンプルホールド回路１４２６を通過した後には、以下の方程式によって表される４つの成分｛Ｐ２Ａ、Ｐ２Ｂ、Ｎ２Ａ、Ｎ２Ｂ｝がフィルタ回路１４２８に入力される。

（３）

さらに、フィルタ回路１４２８によって出力される第３の差動信号対｛Ｐ３、Ｎ３｝は、以下の方程式によって表される。

（４）

上記の方程式に示すように、第３の差動信号対｛Ｐ３、Ｎ３｝における偏差信号は、フィルタ回路１４２８によって除去される。従って、第３の差動信号対｛Ｐ３、Ｎ３｝は、実際の磁場電圧信号しか含まない。

図１１（Ｂ）には、第１のチョッパースイッチ（例えば、図２の１２０２）後に、実際の磁場電圧信号Ｖｉｎ及び偏差信号Ｖｏｆｆが、クロック信号の周波数である４００ｋＨｚのチョッパー周波数及び１００Ｈｚのベースバンド周波数にそれぞれ分離されることを示す。第２のチョッパースイッチ（例えば、図３Ａ、図３Ｂの１３０４）後、実際の磁場電圧信号Ｖｉｎ及び偏差信号Ｖｏｆｆは、ベースバンド周波数及びチョッパー周波数にそれぞれ切り換わる。その後、フィルタ回路（例えば、図２の１２０６）の後に、偏差信号Ｖｏｆｆはフィルタ除去される。磁気センサを、同期モータを制御するように実装する場合、外部磁場を、極性変化周波数がＡＣ電源周波数の２倍である永久モータ磁場とすることができる。５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの都市ＡＣ電源を用いて同期モータに電力が供給される場合、ベースバンド周波数は、１００Ｈｚ又は１２０Ｈｚである。実際の磁場電圧信号及び偏差信号は、複数のチョッパースイッチ及び増幅器を通過した後に、超広周波数範囲に分離される。従って、本教示において実装するチョッパー増幅器は、超広周波数範囲に対応するように構成される。

図１２は、本教示の実施形態による出力制御回路１４０６の例示的な回路図である。図示の実施形態による出力制御回路１４０６は、第１のスイッチ２２０２及び第２のスイッチ２２０４を含む。第１のスイッチ２２０２は、出力ポート１４１０に結合されて第１の電流路を形成し、第２のスイッチ２２０４は、出力ポート１４１０に結合されて第２の電流路を形成する。電流は、第１及び第２の電流路を逆方向に流れる。第１のスイッチ２２０２及び第２のスイッチ２２０４は、磁気検出信号によって選択的に接続されるように制御される。いくつかの実施形態では、第１のスイッチ２２０２がトランジスタであり、第２のスイッチ２２０４がダイオード又はトランジスタのいずれかである。

いくつかの実施形態では、第１のスイッチ２２０２が低電圧通過部として構成され、第２のスイッチ２２０４が高電圧通過部として形成される。第１のスイッチ２２０２及び第２のスイッチ２２０４の制御端部は、磁気検出回路１４０４の出力に接続される。第１のスイッチ２２０２の出力及び第２のスイッチ２２０４の入力は、いずれも出力ポート１４１０に接続される。第１のスイッチ２２０２の入力は、例えばＤＣ電源又は整流回路１４０２からの出力ＶＤＤなどの高電圧端部２２０６に接続することができ、第２のスイッチ２２０４の出力は、例えば接地などの低電圧端部２２０８に接続することができる。磁気検出回路１４０４の出力が低電圧信号である場合、第１のスイッチ２２０２が接続されて、第２のスイッチ２２０４が切断される。この結果、高電圧端部２２０６から第１のスイッチ２２０２に負荷電流が流入し、出力ポート１４１０を介して流出する。磁気検出回路１４０４の出力が高電圧信号である場合、第２のスイッチ２２０４が接続されて、第１のスイッチ２２０２が切断される。この結果、出力ポート１４１０から第２のスイッチ２２０４に負荷電流が流入し、低電圧端部２２０８を介して流出する。

図１３は、本教示の別の実施形態による出力制御回路の例示的な回路図である。図示の実施形態による出力制御回路１４０６は、第１のスイッチ２３０２及び第２のスイッチ２３０４を含む。第１のスイッチ２３０２は、高電圧通過部として構成され、第２のスイッチ２３０４は、一方向ダイオードとして構成される。第１のスイッチ２３０２の制御端部及び第２のスイッチ２３０４の陰極は、いずれも磁気検出回路１４０４の出力に接続される。いくつかの実施形態では、第１のスイッチ２３０２の制御端部が、抵抗２３０８を介して磁気検出回路１４０４の出力に接続される。第１のスイッチ２３０２の入力は、整流回路１４０２（図４を参照）の出力に接続することができる。第１のスイッチ２３０２の出力及び第２のスイッチの陽極は、いずれも出力ポート１４１０に接続される。図１２に示す実施形態と同様に、第１のスイッチ２３０２は、出力ポート１４１０に結合して第１の電流路を形成し、第２のスイッチ２３０４は、出力ポート１４１０に結合して第２の電流路を形成する。電流は、第１の電流路及び第２の電流路を逆方向に流れる。磁気検出回路１４０４の出力が高電圧信号である場合、第１のスイッチ２３０２が接続されて、第２のスイッチ２３０４が切断される。この結果、高電圧端部２３０６から第１のスイッチ２３０２に負荷電流が流入し、出力ポート１４１０を介して流出する。磁気検出回路１４０４の出力が低電圧信号である場合、第２のスイッチ２３０４が接続されて、第１のスイッチ２３０２が切断される。この結果、出力ポート１４１０から第２のスイッチ２３０４に負荷電流が流入する。

図１４は、本教示のさらに別の実施形態による出力制御回路の例示的な回路図である。図示の実施形態による出力制御回路１４０６は、一方向スイッチ２４０２及び抵抗２４０４を含む。一方向スイッチ２４０２は、磁場検出回路１４０４と出力ポート１４１０との間に接続されて第１の電流路を形成し、抵抗２４０４は、磁場検出回路１４０４と出力ポート１４１０との間に接続されて第２の電流路を形成し、電流は、第１の電流路及び第２の電流路を逆方向に流れる。磁気検出回路１４０４の出力が高電圧信号である場合、一方向スイッチ２４０２が接続されて、磁場検出回路１４０４の出力端子から一方向スイッチ２４０２を通って出力ポート１４１０に負荷電流が流れる。磁気検出回路１４０４の出力が低電圧信号である場合、一方向スイッチ２４０２が切断されて、出力ポート１４１０から抵抗２４０４を通って磁場検出回路１４０４の出力端子に負荷電流が流れる。

本教示の磁気センサは、追加のＡ／Ｄ変換設備を必要とせずに都市ＡＣ電源に直接接続することができる。従って、本教示は、様々な分野への磁気センサの実装を容易にする。さらに、磁場検出回路は、検出された磁場信号を効果的に増幅し、電圧を調整し、干渉信号をフィルタ処理することができる。従って、磁気センサは、外部磁場の極性に対して正確な信号を生成して電気ロータの動作を制御することができる。

図１５は、本教示に従って構成した磁気センサを組み込んだモータ２５００の例示的な概略図である。このモータは、ＡＣ電源２５０２と、モータ２５０４と、磁気センサ２５０８と、双方向スイッチ２５１０とを含む。いくつかの実施形態では、モータ２５００が、磁気センサ２５０８への供給前にＡＣ電源２５０２のレベルを低下させるように構成された電圧降下回路２５０６をさらに含むことができる。磁気センサ２５０８の出力Ｐｏｕｔは、双方向スイッチ２５１０の制御端部に電気的に接続される。

いくつかの実施形態では、ＡＣ電源２５０２が正の半周期で動作し、磁気センサ２５０８内の磁場検出回路１４０４によって外部磁場が第１の極性を示すと判断された場合、磁気センサ２５０８が、双方向スイッチ２５１０に駆動電流を出力するように構成される。これとは別に、ＡＣ電源２５０２が負の半周期で動作し、磁気センサ２５０８内の磁場検出回路１４０４によって外部磁場が第１の極性とは逆の第２の極性を示すと判断された場合、磁気センサ２５０８内の出力制御回路１４０６が、双方向スイッチ２５１０に駆動電流を出力するように磁気センサ２５０８を制御するよう構成される。ＡＣ電源２５０２が負の半周期で動作し、磁気センサ２５０８内の磁場検出回路１４０４によって外部磁場が第１の極性を示すと判断された場合、或いはＡＣ電源２５０２が正の半周期で動作し、磁気センサ２５０８内の磁場検出回路１４０４によって外部磁場が第２の極性を示すと判断された場合、磁気センサ２５０８内の出力制御回路１４０６は、双方向スイッチ２５１０に駆動電流を出力しないように磁気センサ２５０８を制御するようさらに構成される。

磁気センサ２５０８が、図５に示す整流回路及び図１２に示す出力制御回路を使用する実施形態では、図１２の第１のスイッチ２２０２の入力端子が、図５のブリッジ全波整流器の電圧出力ＶＤＤに接続するように構成され、第２のスイッチ２２０４の出力が、接地に接続するように構成される。ＡＣ電源２５０２が正の半周期で動作し、磁場検出回路１４０４が低電圧を出力する場合、第１のスイッチ２２０２が接続され、第２のスイッチが切断されて、ＡＣ電源２５０２、モータ２５０４、ＶＡＣ＋、磁気センサ２５０８及び双方向スイッチ２５１０を通過する方向に電流が流れる。磁気センサ２５０８内では、ブリッジ全波整流器の電圧出力及び第１のスイッチ２２０２に電流が流れる。いくつかの実施形態では、磁気センサ２５０８の前に電圧降下回路２５０６内を電流が流れる。ＡＣ電源２５０２が負の半周期で動作し、磁場検出回路１４０４が高電圧を出力する場合、第１のスイッチ２２０２が切断され、第２のスイッチが接続されて、ＡＣ出力電源２５０２、双方向スイッチ２５１０、磁気センサ２５０８及びモータ２５０４を通過する逆方向に電流が流れる。磁気センサ２５０８内では、第２のスイッチ２２０４、ブリッジ全波整流器の接地出力、第１のダイオード１５０２及びＶＡＣ＋に電流が流れる。ＡＣ電源２５０２が正の半周期で動作し、磁場検出回路１４０４が高電圧を出力する場合、或いはＡＣ電源２５０２が負の半周期で動作し、磁場検出回路１４０４が低電圧を出力する場合、第１のスイッチ２２０２及び第２のスイッチ２２０４がいずれも切断される。この結果、磁気センサ２５０８のＰｏｕｔには駆動電流が流れない。

図１６は、本教示に従って構成した磁気センサを組み込んだ同期モータ２６００の例示的な概略図である。同期モータ２６００は、ステータと、ステータに対して回転するように構成されたロータ２６０２とを含む。ステータは、ステータコア２６０４と、ステータコアに巻き回されるように構成されたステータ巻線２６１２とを含む。ステータコア２６０４は、鉄、鋳鉄、電炉鋼及びシリコンなどのいずれかの軟磁性材料で作製することができる。ロータ２６０２は、ＡＣ電源に直列に接続している場合、ＡＣ電源の周波数をｆとし、ロータ２６０２の極対の数をｐとする６０ｆ／ｐ（毎分回転数ｒｐｍ）の一定速度で回転するように構成される。

ステータコア２６０４は、一対の対向する磁極部分２６０８Ａ及び２６０８Ｂを含むように構成される。一対の対向する磁極部分（２６０８Ａ、２６０８Ｂ）の各々は、例えば磁極弧面２６１０Ａ及び２６１０Ｂなどの磁極弧面を含む。ロータ２６０２の表面は、これらの磁極弧面（２６０８Ａ、２６０８Ｂ）に対向し、間に空隙２６０６を形成する。いくつかの実施形態では、ロータ２６０２とステータとの間の空隙２６０６の大部分が均一であり、不均一な空隙領域がほんのわずかしかない。いくつかの実施形態では、磁極面（２６１０Ａ及び２６１０Ｂ）の各々が、例えば２６１４などの始動溝を含むようにさらに構成される。磁極弧面（２６１０Ａ、２６１０Ｂ）は、始動溝の領域を除いてロータ２６０２と同心状である。始動溝の構成は、内部的に不均一な磁場を形成する。さらに、始動溝の構成は、ロータ２６０２の静止時に、ロータ２６０２の極線Ｓ１を磁極部分２６０８Ａ及び２６０８Ｂの中心極線Ｓ２に対して確実に傾斜させる。このような構成では、モータのオン毎にロータ２６０２が始動トルクを有することができる。この実施形態では、ロータ２６０２の極線Ｓ１が、ロータ２６０２の２つの磁極間の分離境界であり、中心極線Ｓ２が、対向する磁極部分２６０８Ａ及び２６０８Ｂの中心を通過する。ステータ及びロータ２６０２は、いずれも２つの磁極を有するように形成される。

本教示による出力制御回路１４０６は、双方向スイッチ２５１０を、ＡＣ電源２５０２の極性及び外部磁場の極性に基づいて接続状態と切断状態との間で切り替わるように制御するとともに、ステータコイル２６１２の作動状態をさらに制御する。これにより、ステータによって生じる磁場がロータ２６０２の磁場位置と協調して、ロータを単一方向に回転するように駆動し、従ってモータが作動毎に一定の回転方向を有することが確実になる。

従って、本開示の実施形態によれば、応用装置がさらに提供される。この応用装置は、交流電力によって駆動するモータと、電気モータに直列に電気的に接続された双方向伝導スイッチと、上記の実施形態のうちのいずれか１つによる磁気センサ集積回路とを含む。磁気センサ集積回路の出力ポートは、双方向伝導スイッチの制御端に電気的に接続される。任意に、この応用装置は、ポンプ、ファン、家庭用電化製品及び車両などとすることができ、例えば家庭用電化製品は、洗濯機、食洗機、レンジフード及び換気扇などとすることができる。

上述した例は説明目的のものであると理解されたい。本教示は、限定を意図したものではない。ステータ及びロータ２６０２は、４つ又は６つの磁極などの異なる磁極を有するように構成することもできる。また、ステータ及びロータ２６０２は、互いに対して異なる磁極を有することもできる。

当業者であれば、本教示を様々に修正及び／又は強化することができると認識するであろう。例えば、上述した様々な構成要素の実装は、ハードウェア装置で具体化することができるが、例えば既存のサーバーへの導入などのソフトウェアのみの解決策として実装することもできる。また、本明細書で開示したホストノード及びクライアントノードのユニットは、ファームウェア、ファームウェア／ソフトウェアの組み合わせ、ファームウェア／ハードウェアの組み合わせ、又はハードウェア／ファームウェア／ソフトウェアの組み合わせとして実装することができる。

以上、最良の形態と考えられるもの及び／又はその他の例について説明したが、これらには様々な修正を行うことができ、本明細書で開示した主題は、様々な形態及び実例で実装することができ、本教示は数多くの用途に応用することができ、本明細書ではその一部しか説明していないと理解されたい。以下の実用新案登録請求の範囲では、本教示の真の範囲に含まれるありとあらゆる応用、修正及び変形について実用新案登録を請求することが意図されている。

Claims (11)

1. 磁気センサであって、
   外部電源に接続される入力ポートと、
   磁気検出信号を生成するように構成された磁場検出回路と、
   前記磁気検出信号に応答して前記磁気センサの動作を制御するように構成された出力制御回路と、
   出力ポートと、
   を備え、前記磁場検出回路は、
   外部磁場を検出して検出信号を出力するように構成された磁気検知要素と、
   前記検出信号を増幅し、該検出信号から干渉を除去して処理済み検出信号を生成するように構成された信号処理要素と、
   前記処理済み検出信号を前記磁気検出信号に変換するように構成された変換要素と、
   を含み、前記磁気検出信号は、前記磁気センサを少なくとも該磁気検出信号に応答して第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るために使用され、
   前記第１の状態において、前記出力ポートから前記磁気センサの外部に負荷電流が流れ、
   前記第２の状態において、前記外部から前記磁気センサの前記出力ポート内に負荷電流が流れる、
   ことを特徴とする磁気センサ。
2. 前記検出信号は、磁場信号及び偏差信号を含み、
   前記信号処理要素は、
   前記検出信号を、チョッパー周波数及びベースバンド周波数にそれぞれ対応する前記偏差信号と前記磁場信号とに分離するように構成された第１のチョッパースイッチと、
   前記偏差信号及び前記磁場信号を増幅し、該増幅された偏差信号及び該増幅された磁場信号を前記チョッパー周波数及び前記ベースバンド周波数にそれぞれ切り換えるように構成されたチョッパー増幅器と、
   前記チョッパー周波数の前記偏差信号をフィルタ除去するように構成されたフィルタ回路と、
   を含む、
   請求項１に記載の磁気センサ。
3. 前記チョッパー増幅器は、
   第１の増幅器と、
   第２のチョッパースイッチと、
   を含み、
   前記第１の増幅器は、前記第１のチョッパースイッチからの前記偏差信号及び前記磁場信号に対して１段目の増幅を行って前記増幅された偏差信号及び前記増幅された磁場信号をそれぞれ生成する折り返しカスケード増幅器を含み、
   前記第２のチョッパースイッチは、前記増幅された偏差信号及び前記増幅された磁場信号を前記チョッパー周波数及び前記ベースバンド周波数にそれぞれ切り換えるように構成される、
   請求項２に記載の磁気センサ。
4. 前記チョッパー増幅器は、前記第２のチョッパースイッチに直列に接続された第２の増幅器をさらに含み、
   前記第２の増幅器は、前記チョッパー周波数に切り換わった前記増幅された偏差信号、及び前記ベースバンド周波数に切り換わった前記増幅された磁場信号に対して２段目の増幅を行うように構成される、
   請求項３に記載の磁気センサ。
5. 前記信号処理要素は、前記チョッパー増幅器と前記フィルタ回路との間に結合されたサンプルホールド回路をさらに含み、
   前記サンプルホールド回路は、第１の差動信号対をクロックサイクルの前半中及び後半中にそれぞれサンプリングし、前記クロックサイクル中に２つのサンプリングされた差動信号対を出力するように構成される、
   請求項２に記載の磁気センサ。
6. 前記フィルタ回路は、前記２つのサンプリングされた差動信号対に基づいて第２の差動信号対を計算するように構成された第１のフィルタと、前記第２の差動信号対をさらに増幅し、前記偏差信号を除去して第３の差動信号対を生成するように構成された第２のフィルタとをさらに含む、
   請求項５に記載の磁気センサ。
7. 前記変換要素は、
   前記第３の差動信号対に基づいて決定された出力電圧を高電圧閾値と比較するように構成された第１の比較器と、
   前記出力電圧を低電圧閾値と比較するように構成された第２の比較器と、
   前記出力電圧が前記高電圧閾値よりも高い場合に第１の電圧を出力し、又は前記出力電圧が前記低電圧閾値よりも低い場合に第２の電圧を出力し、又は前記出力電圧が前記低電圧閾値と前記高電圧閾値との間に存在する場合に前記変換要素の出力を維持するように構成されたラッチ論理回路と、
   を含み、
   前記第１の比較器及び前記第２の比較器は、前記フィルタ回路からの第３の差動信号対と差動信号対基準とを入力として取る、
   請求項２に記載の磁気センサ。
8. 前記ラッチ論理回路は、磁場強度が予め設定した作用点に達した場合に第１の電圧を出力し、又は前記磁場強度が予め設定した解除点に達しなかった場合に第２の電圧を出力し、又は前記磁場強度が前記予め設定した解除点と前記予め設定した作用点との間に存在する場合に前記変換要素の出力を維持するように構成される、
   請求項６に記載の磁気センサ。
9. 前記入力ポートに結合されて前記磁場検出回路に電圧源を提供するように構成された整流回路と、
   前記磁気センサを、前記切り換え検出信号に基づいて前記第１の状態及び前記第２の状態の少なくとも一方で動作するように制御するよう構成された出力制御回路と、
   をさらに備え、前記出力制御回路は、
   前記出力ポートに結合して、前記第１の状態において前記負荷電流を前記出力ポートから前記磁気センサの外部に流すことができる第１の電流路を形成する第１のスイッチと、
   前記出力ポートに結合して、前記第２の状態において前記負荷電流を前記磁気センサの外部から前記出力ポートに流すことができる第２の電流路を形成する第２のスイッチと、
   を含み、前記第１及び第２のスイッチは、前記切り換え検出信号に基づいて前記第１及び第２電流路を選択的に作動させる、
   請求項１に記載の磁気センサ。
10. 磁気センサ用集積回路であって、
    外部電源に接続される入力ポートと、
    出力ポートと、
    磁気検出信号を生成するように構成された磁場検出回路と、
    を備え、前記磁場検出回路は、
    外部磁場を検出して、磁場信号と偏差信号とを含む検出信号を出力するように構成された磁気検知要素と、
    前記検出信号を増幅し、干渉を除去して処理済み検出信号を生成するように構成された信号処理要素と、
    前記処理済み検出信号を前記切り換え検出信号に変換するように構成された変換要素と、
    を含み、前記切り換え検出信号は、前記磁気センサを少なくとも該切り換え検出信号に応答して第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るために使用され、
    前記信号処理要素は、
    前記検出信号を、チョッパー周波数及びベースバンド周波数にそれぞれ対応する磁場信号と偏差信号とに分離するように構成された第１のチョッパースイッチと、
    前記磁場信号及び前記偏差信号を別個に増幅し、該増幅された偏差信号及び該増幅された磁場信号を前記チョッパー周波数及び前記ベースバンド周波数にそれぞれ切り換えるように構成されたチョッパー増幅器と、
    前記チョッパー周波数に切り換わった前記偏差信号を除去するように構成されたフィルタ回路と、
    を含み、前記信号処理要素は、折り返しカスコード増幅器を含む、
    ことを特徴とする磁気センサ用集積回路。
11. モータアセンブリであって、
    交流電力によって駆動するモータと、
    請求項１から９のいずれか１項に記載の磁気センサ、又は請求項１０に記載の磁気センサ用集積回路と、
    を備えることを特徴とするモータアセンブリ。

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