(57)【要約】      （修正有）【課題】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】本開示は、整流器（６０）、電源モジュール（４０）、出力制御回路（３０）及び検出回路（２０）を含むセンサ集積回路を提供する。整流器（６０）は、外部電源を第１の直流電源に変換するように構成される。電源モジュール（４０）は、第１の直流電源とは異なる第２の直流電源を生成するように構成された電圧調整器を含む。検出回路（２０）は、第２の直流電源により電力供給され、入力された信号を検出して対応する制御信号を生成するように構成される。出力制御回路（３０）は、少なくとも制御信号に応答して、センサ集積回路を制御して、電流が出力ポート（Ｐｏｕｔ）から流出する第１の状態及び電流が出力ポート（Ｐｏｕｔ）から流入する第２の状態のうち少なくとも一方で動作させるように構成される。【選択図】図１
0003211962.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置された半導体基板と、前記ハウジングから外に延びる出力ポートと、外部電源に接続するように構成された入力ポートと、前記半導体基板上に配置された電子回路とを備えたセンサ集積回路であって、前記電子回路は、整流器、電源モジュール、出力制御回路及び検出回路を備え、ここで
前記整流器は、前記外部電源を第１の直流電源に変換するように構成され、
前記電源モジュールは、前記第１の直流電源とは異なる第２の直流電源を生成するように構成され、
前記検出回路は、前記第２の直流電源により電力供給され、前記センサ集積回路に入力された信号を検出して対応する制御信号を生成するように構成され、
前記出力制御回路は、少なくとも前記制御信号に応答して、前記センサ集積回路を制御して、電流が前記出力ポートから前記センサ集積回路の外部に流れる第１の状態及び電流が前記センサ集積回路の外部から前記出力ポートに流れる第２の状態のうち少なくとも一方で動作させるように構成される、
ことを特徴とするセンサ集積回路。
【請求項２】
前記検出回路は、外部磁界を検出して前記外部磁界に適合する磁界検出信号を出力するように構成された磁気センサを備え、前記磁界検出信号が前記制御信号として機能することを特徴とする、請求項１に記載のセンサ集積回路。
【請求項３】
前記出力制御回路に供給される電圧が、前記第２の直流電源の電圧とは異な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センサ集積回路。
【請求項４】
前記出力制御回路は、前記第１の直流電源により電力供給され、前記出力制御回路に供給される電圧の平均値が、前記第２の直流電源の出力電圧の平均値より高いことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項５】
前記電源モジュールが、電圧安定器及びバンドギャップ基準電圧源をさらに備え、
前記電圧安定器は、前記第１の直流電源の電圧を安定化して、第３の直流電源として機能する、より低い電圧にするように構成され、
前記バンドギャップ基準電圧源は、前記第３の直流電源により電力供給され、前記第３の直流電源の電圧より低い基準電圧を生成するように構成され、
前記電圧調整器は、前記第１の直流電源により電力供給され、前記基準電圧に基づいて前記第２の直流電源を生成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４のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項６】
前記第２の直流電源の電圧が、前記第３の直流電源の電圧より低いことを特徴とする、請求項５に記載のセンサ集積回路。
【請求項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。
【請求項８】
前記外部電源が交流電源であり、前記出力制御回路は、
前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が第１の磁気極性にある場合、又は前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の磁気極性とは逆の第２の磁気極性にある場合、負荷電流が前記出力ポートを通って流れるようにさせ、
前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の磁気極性にある場合、又は前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第２の磁気極性にある場合、負荷電流が出力ポートを通って流れないようにさせる
ように構成されることを特徴とする、請求項２〜請求項６のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項９】
モータ及びモータ駆動回路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。
【請求項１０】
前記モータ駆動回路が、外部交流電源の両端間に前記モータに対して直列に接続された双方向スイッチをさらに備え、前記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。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、電子回路技術の分野に関し、より具体的にはセンサ集積回路に関する。
【背景技術】
【０００２】
センサ集積回路は、現代の工業及び電子製品において広範に用いられており、これは情報を検出し、検出した情報を幾つかの規則に従って電気信号に変換することができる。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００３】
従来の技術において、センサ集積回路は、通常、検出結果のみを出力することが可能であり、検出結果を処理するには外部回路を設けることが必要とされる。本開示は、回路のコストを削減し、かつ回路の信頼性を高めるために、従来技術におけるセンサ集積回路の機能を拡張することを意図する。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本開示の態様により、センサ集積回路が提供され、これは、ハウジングと、ハウジングの内部に配置された半導体基板と、ハウジングから外に延びる出力ポートと、外部電源に接続するように構成された入力ポートと、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、整流器、電源モジュール、出力制御回路及び検出回路を含み、
整流器は、外部電源を第１の直流電源に変換するように構成され、
電源モジュールは、第１の直流電源とは異なる第２の直流電源を生成するように構成され、
検出回路は、第２の直流電源により電力供給され、センサ集積回路に入力された信号を検出して対応する制御信号を生成するように構成され、
出力制御回路は、少なくとも制御信号に応答して、センサ集積回路を制御して、電流が出力ポートからセンサ集積回路の外部に流れる第１の状態及び電流がセンサ集積回路の外部から出力ポートに流れる第２の状態のうち少なくとも一方で動作させるように構成される。
【０００５】
好ましくは、検出回路は、外部磁界を検出して外部磁界に適合する磁界検出信号を出力するように構成された磁気センサを含むことができ、磁界検出信号は、前記制御信号として機能することができる。
【０００６】
好ましくは、出力制御回路に供給される電圧は、第２の直流電源の電圧とは異なるものとすることができる。
【０００７】
好ましくは、出力制御回路は、第１の直流電源により電力供給されることができ、出力制御回路に供給される電圧の平均値は、第２の直流電源の出力電圧の平均値より高いものとすることができる。
【０００８】
好ましくは、電源モジュールは、電圧安定器及びバンドギャップ基準電圧源をさらに含むことができ、
電圧安定器は、第１の直流電源の電圧を安定化して、第３の直流電源として機能する、より低い電圧にするように構成されることができ、
バンドギャップ基準電圧源は、第３の直流電源により電力供給されることができ、第３の直流電源の電圧より低い基準電圧を生成するように構成されることができ、
電圧調整器は、第１の直流電源により電力供給されることができ、基準電圧に基づいて第２の直流電源を生成するように構成されることができる。
【０００９】
好ましくは、第２の直流電源の電圧は、第３の直流電源の電圧より低いものとすることができる。
【００１０】
好ましくは、出力制御回路は、第１のスイッチ及び第２のスイッチを含むことができ、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ることができ、第２のスイッチ及び出力ポートは、第１の電流路の方向の反対方向を有する第２の電流路内で接続されることができ、第１のスイッチ及び第２のスイッチは、磁界検出信号の制御下で選択的にオンにされることができる。
【００１１】
好ましくは、出力制御回路は、電流が出力ポートからセンサ集積回路の外部へ流れる第１の電流路と、電流が出力ポートからセンサ集積回路の内部へ流れる第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されたスイッチとを含むことができ、スイッチは、検出回路により出力される磁界検出情報に基づいて制御され、第１の電流路及び第２の電流路を選択的にオンにさせることができる。
【００１２】
好ましくは、第１の電流路及び第２の電流路のうち他方は、スイッチを含まないものとすることができる。
【００１３】
好ましくは、磁気センサは、
外部磁界の極性を検知し、電気信号を出力するように構成された磁気検知要素と、
電気信号を増幅し、逆スクランブルしてアナログ信号を生成するように構成された信号処理ユニットと、
アナログ電気信号を論理高レベル信号又は論理低レベル信号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、
を含むことができ、
電源モジュールは、バンドギャップ基準電圧源から出力された基準電圧に基づいて別の基準電圧を生成し、この別の基準電圧をアナログ−デジタル変換ユニットに与えるように構成された、基準信号生成器をさらに含むことができる。
【００１４】
好ましくは、磁気検知要素は、第２の直流電源により電力供給されることができる。
【００１５】
好ましくは、外部電源は、交流電源とすることができ、出力制御回路は、交流電源上の情報及び磁界検出信号に基づいて、センサ集積回路を制御して、少なくとも、電流が出力ポートからセンサ集積回路の外部へ流れる第１の状態と、電流がセンサ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ようにさせるように構成することができる。
【００１６】
好ましくは、外部電源は、交流電源とすることができ、出力制御回路は、センサ集積回路を制御して、磁界検出信号が、外部磁界が第１の磁気極性にあり、かつ交流電源が第１の電気極性にあることを示す場合には、第１の状態及び第２の状態のうち一方の状態で動作させ、磁界検出信号が、外部磁界が第１の磁気極性とは逆の第２の磁気極性にあり、かつ交流電源が第１の電気極性とは逆の第２の電気極性にあることを示す場合には、第１の状態及び第２の状態のうち他方の状態で動作させるように構成されることができる。
【００１７】
好ましくは、外部電源は、交流電源とすることができ、出力制御回路は、交流電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界が第１の磁気極性にある場合、又は交流電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界が前記第１の磁気極性とは逆の第２の磁気極性にある場合、負荷電流が出力ポートを通って流れるようにさせ、交流電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界が第１の磁気極性にある場合、又は交流電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界が第２の磁気極性にある場合、負荷電流が出力ポートを通って流れないようにさせるように構成されることができる。
【００１８】
本開示の別の態様により、モータ構成要素が提供され、これは、モータ及びモータ駆動回路を含み、モータ駆動回路は、上記のセンサ集積回路を含む。
【００１９】
好ましくは、モータ駆動回路は、外部交流電源の両端間にモータに対して直列に接続された双方向スイッチをさらに含むことができる。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。
【００２０】
好ましくは、モータは、固定子及び永久磁石回転子を含むことができ、固定子は、固定子鉄心と、固定子鉄心に巻き回された単相巻線とを含むことができる。
【００２１】
本開示は、既存のセンサ集積回路の機能を拡張するために提供され、これにより回路の費用を削減し、かつ回路の信頼性を高めることができる。
【００２２】
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、実施形態又は従来技術の説明に用いることが必要とされる添付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添付図面は、単に本開示の幾つかの実施形態を示すものであることが明らかである。当業者であれば、これらの添付図面により、いかなる創造的作業も伴わずに他の添付図面を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本開示の実施形態によるセンサ集積回路の略構造図である。
【図２】本開示の実施形態によるセンサ集積回路の電源モジュールの略構造図である。
【図３】本開示の実施形態によるセンサ集積回路の出力制御回路の回路図である。
【図４】本開示の実施形態によるセンサ集積回路の出力制御回路の回路図である。
【図５】本開示の実施形態によるセンサ集積回路の出力制御回路の回路図である。
【図５Ａ】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略構造図である。
【図６】本開示の実施形態によるセンサ集積回路の検出回路の略構造図である。
【図７】本開示の実施形態によるセンサ集積回路の整流器の回路図である。
【図８】本開示の実施形態によるモータ構成要素の回路構造図である。
【図９】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。
【考案を実施するための形態】
【００２４】
本開示の上記目的、特徴及び利点をより明らかにし、より理解しやすくするために、本開示の実施形態を、添付図面を参照して、以下詳細に説明する。
【００２５】
図１を参照すると、本開示の実施形態により提供されるセンサ集積回路は、ハウジングと、ハウジング内に配置された半導体基板と、ハウジングから外に延びる入力ポートＰｉｎ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。入力ポートＰｉｎは、外部電源に接続することができる。電子回路は、整流器６０、電源モジュール４０、出力制御回路３０、及び検出回路２０を含む。
【００２６】
整流器６０は、外部電源を第１の直流電力供給に変換するように構成される。
【００２７】
電源モジュール４０は、第１の直流電源とは異なる第２の直流電源を生成するように構成される。好ましくは、電源モジュール４０は、電圧調整器を含む。電圧調整器は、第１の直流電源により電力供給され、第２の直流電源を生成することができる。
【００２８】
検出回路２０は、第２の直流電源により電力供給され、センサ集積回路に入力された所定の信号を検出し、検出された信号に応答して、検出された信号に対応する制御信号を生成するように構成される。
【００２９】
出力制御回路３０は、少なくとも制御信号に応答して、センサ集積回路を制御して、電流が出力ポートＰｏｕｔからセンサ集積回路の外部に流れる第１の状態及び電流がセンサ集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔに流れる第２の状態のうち少なくとも一方で動作させるように構成される。
【００３０】
本開示において、入力ポートＰｉｎは、外部電源の両端子に直接接続することもでき、又は外部電源の両端間に入力ポートに対して直列接続された外部負荷と共に接続することもでき、これは本明細書では限定されず、実際の条件に応じて決定することができる。
【００３１】
本実施形態において提供されるセンサ集積回路により、既存のセンサ集積回路の機能が拡張され、これにより回路全体の費用が削減され、かつ回路の信頼性が高められる。
【００３２】
好ましくは、検出回路２０は、磁気センサを含む。磁気センサは、外部磁界を検出し、外部磁界に適合する磁界検出信号を出力するように構成される。磁界検出信号は、制御信号として機能する。
【００３３】
検出回路２０が磁気センサを含む場合、本開示の実施形態による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、これにより回路全体の費用が削減され、かつ回路の信頼性が高められる。
【００３４】
好ましくは、出力制御回路３０に供給される電圧は、第２の直流電源の電圧とは異なる。
【００３５】
好ましくは、出力制御回路３０は、図１に示すように、第１の直流電源により電力供給される。検出回路２０は、第１の直流電源とは異なる第２の直流電源により電力供給される。本開示の実施形態において、第１の直流電源は、可変振幅又は定振幅で電圧を供給することができることに留意されたい。第２の直流電源は、安定な動作のために安定な電源信号が検出回路２０に与えられることを保証するために、定振幅で電圧を供給することが好ましい。
【００３６】
好ましくは、整流器６０により出力される第１の直流電源の平均電圧は、電源モジュール４０により出力される第２の直流電源の平均電圧より高い。より低電圧で検出回路２０に電力を供給することにより、センサ集積回路の電力消費を削減することができる。より高電圧で出力制御回路３０に電力供給することにより、出力ポートｏｕｔから大きい負荷電流を提供することができ、センサ集積回路の十分な駆動能力が保証される。
【００３７】
明らかに、出力制御回路３０は、必ずしも第１の直流電源により電力供給されることに限定される必要はなく、これは実際の条件に応じて決定することができる。図１は、単なる例証のために提供されるものであり、出力制御回路３０への電力供給のためのいずれの解決策も、本開示の保護範囲内に入る。
【００３８】
図２に示すような好ましい実施形態において、電源モジュール４０は、電圧調整器４１に加えて、電圧安定器４２及びバンドギャップ基準電圧源４３を含む。
【００３９】
電圧安定器４２は、第１の直流電源の電圧を安定化して、第３の直流電源として機能する、より低い電圧にするように構成される。
【００４０】
バンドギャップ基準電圧源４３は、第３の直流電源により電力供給され、第３の直流電源の電圧より低い基準電圧を生成するように構成される。
【００４１】
電圧調整器４１は、第１の直流電源により電力供給され、基準電圧に基づいて第２の直流電源を生成するように構成される。
【００４２】
特定の例において、整流器６０により出力される第１の直流電源の電圧は、数十ボルトであり得る。電圧安定器４２は、整流器６０により出力される第１の直流電源に接続され、第１の直流電源の電圧を安定化して、第３の直流電源として機能する、より低い電圧（例えば３．５Ｖ）にする。電圧安定器４２により出力された第３の直流電源は、バンドギャップ基準電圧源４３に電力を供給し、これは第３の直流電源の電圧よりも低い基準電圧（例えば１．２５Ｖ）を生成する。電圧調整器４１は、基準電圧に基づいて第２の直流電源（例えば２．５Ｖ）を生成する。第２の直流電源の電圧は、基準電圧より高く、かつ第３の直流電源の電圧より低くすることができる。電圧調整器４１は、より高い第１の直流電源により電力供給され、これにより集積回路の全体としての応答速度を向上させることができる。
【００４３】
好ましい実施形態において、出力制御回路３０は、第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２を含む。第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔは、第１の電流路内で接続される。第２のスイッチ３２及び出力ポートＰｏｕｔは、第１の電流路の方向の反対方向を有する第２の電流路内で接続される。第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、磁界検出信号の制御下で選択的にオンにされる。好ましくは、第１のスイッチ３１はトライオードとして具体化することができ、第２のスイッチ３２は、ダイオード又はトライオードとして具体化することができるが、これらは本明細書において限定されず、実際の条件に応じて決定することができる。
【００４４】
図３に示すような特定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、一対の相補的な半導体スイッチとして具体化される。第１のスイッチ３１は、より低レベルでオンになり、第２のスイッチ３２は、より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の電流路内で接続される。第２のスイッチ３２及び出力ポートＰｏｕｔは、第２の電流路内で接続される。第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２両方の制御端子が、磁気センサに接続される。第１のスイッチ３１の電流入力端子は、より高電圧側（例えば直流電源）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る。第２のスイッチ３２の電流出力端子は、より低電圧側（例えば接地）に接続される。磁気センサにより出力される磁界検出情報が低レベルにある場合、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、その結果、負荷電流は、より高電圧側から第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔを通ってセンサ集積回路の外部へ流れる。磁気センサにより出力される磁界検出情報が高レベルにある場合、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、その結果、負荷電流は、センサ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を通って流れる。図３に示すような実施形態において、第１のスイッチ３１は、正チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ）として具体化され、第２のスイッチ３２は、負チャネル金属酸化物半導体電界効果トランジスタ（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）として具体化される。別の実施形態における第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）若しくは金属−半導体電界効果トランジスタ（ＭＥＳＦＥＴ）、又はその他の電界効果トランジスタとして具体化することができることを理解することができる。
【００４５】
図４に示すような別の実装において、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として具体化され、第２のスイッチ３２は、単方向導電性ダイオードとして具体化される。第１のスイッチ３１の制御端子及び第２のスイッチ３２のカソードは、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、整流器６０の出力端子に接続される。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、両方とも出力ポート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の電流路内で接続される。出力ポートＰｏｕｔ、第２のスイッチ３２及び磁気センサは、第２の電流路内で接続される。磁気センサにより出力される磁界検出情報が高レベルにある場合、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、その結果、負荷電流は、整流器６０から第１のスイッチ３１及び出力ポートＰｏｕｔを通ってセンサ集積回路の外部へ流れる。磁気センサにより出力される磁界検出情報が低レベルにある場合、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、その結果、負荷電流は、センサ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を通って流れる。別の実施形態における第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２は、他の構造とすることができ、これは本明細書において限定されず、実際の条件に応じて決定することができることを理解することができる。
【００４６】
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センサ集積回路の外部へ流れる第１の電流路と、電流が出力ポートからセンサ集積回路の内部へ流れる第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む。スイッチは、検出回路により出力される磁界検出情報に基づいて制御され、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の電流路の他方は、スイッチを含まない。
【００４７】
図５に示すような特定の実装において、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、磁気センサの出力端子に接続することができる。磁気センサの出力端子はまた、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に接続することもできる。磁界検出信号がより高レベルにある場合、単方向スイッチ３３はオンになり、その結果、負荷電流は、単方向スイッチ３３及び出力ポートＰｏｕｔを通ってセンサ集積回路の外部へ流れる。磁界検出信号がより低レベルにある場合、単方向スイッチ３３はオフになり、その結果、負荷電流は、センサ集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れ、抵抗器Ｒ１及び検出回路２０を通って流れる。
【００４８】
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に対して逆並列に接続された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がさらに釣り合わされる。
【００４９】
図５Ａに示すような別の特定の実装において、出力制御回路３０は、検出回路２０の出力端子と出力ポートＰｏｕｔとの間に逆方向に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、電源ＶｃｃとダイオードＤ１及びＤ２の共通端子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、検出回路２０の出力端子に接続される。ダイオードＤ１は、磁界検出情報の制御下にある。磁界検出情報が高レベルにある場合、ダイオードＤ１はオフになり、その結果、負荷電流は、抵抗器Ｒ２及びダイオードＤ２を通って出力ポートＰｏｕｔからセンサ集積回路の外部へ流れる。磁界検出情報が低レベルにある場合、負荷電流は、センサ集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れ、抵抗器Ｒ１及び検出回路２０を通って流れる。
【００５０】
図６に示すような本開示の実施形態において、検出回路２０は、磁気センサを含む。磁気センサは、外部磁界の極性を検知し、電気信号を出力するように構成された磁気検知要素２１と、電気信号を増幅し、かつ逆スクランブルしてアナログ電気信号を生成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アナログ電気信号を磁界検出信号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。外部磁界の極性が識別されることのみを必要とする用途の場合、磁界検出信号は、スイッチ型デジタル信号とすることができる。好ましくは、電源モジュール４０は、図２に示すように、バンドギャップ基準電圧源から出力された基準電圧に基づいて別の基準電圧を生成し、この別の基準電圧をアナログ−デジタル変換ユニットに与えるように構成された、基準信号生成器４４をさらに含む。
【００５１】
好ましい実施形態において、外部電源は交流電源であり、出力制御回路３０は、交流電源上の情報及び磁界検出信号に基づいて、センサ集積回路を制御して、少なくとも、電流が出力ポートＰｏｕｔからセンサ集積回路の外部へ流れる第１の状態と、電流がセンサ集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れる第２の状態との間で切り換わるようにさせるように構成することができる。本開示の実施形態において、第１の状態と第２の状態との間でのセンサ集積回路の動作状態の切換えは、一方の状態の直後に他方の状態に切り換わる場合に限定されず、一方の状態の後で間隔時間が経過した後で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。好ましい用途において、第１の状態と第２の状態との間の切り換えのための間隔時間の間、センサ集積回路の出力ポートからの出力は存在しない。
【００５２】
特定の実装において、センサ集積回路は、電流が出力ポートＰｏｕｔからセンサ集積回路の外部へ流れる第１の状態、及び電流がセンサ集積回路の外部から出力ポートＰｏｕｔへ流れる第２の状態で動作することができる。出力制御回路３０は、センサ集積回路を制御して、磁界検出信号が、外部磁界が第１の磁気極性にあり、かつ交流電源が第１の電気極性にあることを示す場合には、第１の状態及び第２の状態のうち一方の状態で動作させ、磁界検出信号が、外部磁界が第１の磁気極性とは逆の第２の磁気極性にあり、かつ交流電源が第１の電気極性とは逆の第２の電気極性にある場合には、第１の状態及び第２の状態のうち他方の状態で動作させるように構成される。
【００５３】
より詳細には、出力制御回路３０は、交流電源が正の半周期にあり、磁界検出信号が、外部磁界が第１の磁気極性にあることを示す場合若しくは交流電源が負の半周期にあり、かつ磁界検出信号が、外部磁界が第１の磁気極性の逆の第２の磁気極性にあることを示す場合、負荷電流が出力ポートＰｏｕｔを通って流れるように構成することができ、及び交流電源が正の半周期にあり、かつ磁界検出信号が、外部磁界が第２の磁気極性にあることを示す場合若しくは交流電源が負の半周期にあり、かつ磁界検出信号が、外部磁界が第１の磁気極性にあることを示す場合、負荷電流が出力ポートＰｏｕｔを通って流れないように構成することができる。交流電源が正の半周期にあり、かつ外部磁界が第１の磁気極性である場合、又は交流電源が負の半周期にあり、かつ外部磁界が第２の磁気極性にある場合、出力ポートを通って流れる負荷電流の状況は、負荷電流が上記２つの場合のいずれかの全期間にわたって出力ポートを通って流れる状況、及び負荷電流が上記２つの場合のいずれかの一部期間にわたって出力ポートを通って流れる状況の両方を含むことに留意されたい。
【００５４】
本開示の特定の実施形態において、上記実施形態のいずれか１つに基づいて、整流器は、全波整流器ブリッジと、全波整流器ブリッジの出力に直列接続された電圧安定化ユニットとを含む。全波整流器ブリッジは、交流電源により出力された交流電力を直流電力に変換するように構成される。電圧安定化ユニットは、全波整流器ブリッジにより出力された直流電力を所定範囲内に入るように安定化するように構成される。
【００５５】
図７は、整流器の特定の回路を示す。電圧安定化ユニットは、全波整流器ブリッジの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。全波整流器ブリッジは、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る。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。
【００５６】
第１のダイオード６１１の入力端子は、第３のダイオード６１３の入力端子に電気的に接続されて、全波整流器ブリッジの接地出力端子を形成する。第２のダイオード６１２の出力端子は、第４のダイオード６１４の出力端子に電気的に接続されて、全波整流器ブリッジの出力端子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、出力制御回路の電源端子は、全波整流器ブリッジの電圧出力端子に電気的に接続することができることに留意されたい。
【００５７】
本開示の実施形態による磁気センサ集積回路を、以下、特定の用途に関連して説明する。
【００５８】
図８を参照すると、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、交流電源１００により電力供給されるモータ２００と、モータ２００に対して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として実装することができることを理解することができる。例えば、双方向スイッチは、２つの逆並列に接続された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の出力信号に基づいて所定の規則に従って２つのシリコン制御整流器を制御するように配置された、それぞれの制御回路とを含むことができる。
【００５９】
好ましくは、モータ構成要素は、交流電源１００の電圧を降下させて磁気センサ集積回路４００に降下した電圧を提供するように構成された電圧降下回路５００をさらに含む。磁気センサ集積回路４００は、回転子の磁界の変動を検知するためにモータ２００の回転子の近くに取り付けられる。
【００６０】
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。本開示による駆動回路は、同期モータのみならず、直流ブラシレスモータなどの他の型式の永久磁石モータにも適用可能であることを理解することができる。図９を参照すると、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が交流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電源の周波数を表し、ｐは回転子の極対の数を表す。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を含む。回転子１１の外面は、磁極弧１５に対向し、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、回転子が静止しているとき、回転子の極軸Ｓ１が固定子の極の中心軸Ｓ２に対して傾斜した角度を有することを保証し、それにより、モータが通電されるたびに集積回路の作用下で回転子が始動トルクを有することを可能にする。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、固定子及び回転子の各々は、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、他の実施形態において、固定子及び回転子は、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。
【００６１】
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）として具体化され、整流器は、図７に示すような回路を有し、出力制御回路は、図４に示すような回路を有する。出力制御回路３０の第１のスイッチ３１の電流入力端子は、全波整流器ブリッジ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、全波整流器ブリッジの接地出力端子に接続される。交流電源１００により出力される信号が正の半周期にあり、かつ検出回路２０が低レベルを出力する場合、出力制御回路３０の第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、その結果、電流は、交流電源１００、モータ２００、集積回路４００の第１の入力端子、電圧降下回路、全波整流器ブリッジの第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を列挙した順番に通って流れ、出力ポートから双方向スイッチ３００を通って交流電源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る。磁気センサ集積回路４００は、電圧が供給されないことにより出力を停止する。しかしながら、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（ＴＲＩＡＣ３００の維持電流より高い）ので、ＴＲＩＡＣ３００は、ＴＲＩＡＣ３００の制御電極と第１のアノードとの間に駆動電流が流れない場合であってもなおオン状態のままである。交流電源１００により出力される信号が負の半周期にあり、かつ検出回路２０が高レベルを出力する場合、出力制御回路３０の第１のスイッチ３１はオフになり、第２のスイッチ３２はオンになり、その結果、電流は、交流電源１００から出力ポートへ、双方向スイッチ３００を通って流れ、出力制御回路３０の第２のスイッチ３２、全波整流器ブリッジの接地出力端子、第１のダイオード６１１、集積回路４００の第１の入力端子、及びモータ２００を通って流れて、交流電源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は、短絡されることにより出力を停止し、その間、ＴＲＩＡＣ３００はオン状態を続けることができる。交流電源１００により出力される信号が正の半周期にあり、かつ検出回路２０が高レベルを出力する場合、又は交流電源１００により出力される信号が負の半周期にあり、かつ検出回路２０が低レベルを出力する場合、出力制御回路３０の第１のスイッチ３１及び第２のスイッチ３２はいずれもオンにならず、ＴＲＩＡＣ３００がオフになる。したがって、出力制御回路３０は、交流電源１００の極性の変化及び磁界検出情報に基づいて、双方向スイッチ３００が所定の方式でオン又はオフ状態になるように制御することができ、それにより固定子巻線１６の通電を制御して、その結果、固定子により発生される変動磁界が回転子の磁界の位置と適合して、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。
【００６２】
本開示の別の実施形態によるモータ構成要素において、モータ及び双方向スイッチは、外部交流電源の両端間に直列に接続することができる。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の直列分岐と並列に接続される。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、双方向スイッチが所定の方式でオン又はオフにされるように制御し、それにより固定子巻線の通電を制御する。
【００６３】
上記実施形態により提供されるモータ構成要素は、特にポンプ、ファン、家庭用電化製品及び車両に装置に適用可能であるが、それらに限定されない。家庭用電化製品は、例えば、洗濯機、食器洗浄機、台所用換気装置、及び換気扇など、とすることができる。
【００６４】
上記は、単に本開示の好ましい実施形態を説明したものであり、本開示をいかなる形式でも限定することを意図しない。本開示の好ましい実施形態を上記で開示したが、本開示を限定するものとして解釈すべきものではない。当業者は、本明細書に開示された方法及び技術内容に照らして、本開示の範囲から逸脱することなく、本開示の技術的解決策に対して種々の変更及び修正を為し、並びに均等物を作ることができる。従って、本開示の技術的本質に従って本開示の内容から逸脱することなく上記実施形態に対して為されたいかなる変更及び修正並びに作られた均等物も、本開示の保護範囲内に入るものとする。
【符号の説明】
【００６５】
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：交流電源
２００：モータ
４００：センサ集積回路
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
Ｐｉｎ：入力ポート
Ｐｏｕｔ：出力ポート
【図１】
0003211962.tif 000003
【図２】
0003211962.tif 000004
【図３】
0003211962.tif 000005
【図４】
0003211962.tif 000006
【図５】
0003211962.tif 000007
【図５Ａ】
0003211962.tif 000008
【図６】
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【図７】
0003211962.tif 000010
【図８】
0003211962.tif 000011
【図９】
0003211962.tif 000012
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月13日(2017.4.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置された半導体基板と、前記ハウジングから外に延びる出力ポートと、外部電源に接続するように構成された入力ポートと、前記半導体基板上に配置された電子回路とを備えたセンサ集積回路であって、前記電子回路は、整流器、電源モジュール、出力制御回路及び検出回路を備え、ここで
前記整流器は、前記外部電源を第１の直流電源に変換するように構成され、
前記電源モジュールは、前記第１の直流電源とは異なる第２の直流電源を生成するように構成され、
前記検出回路は、前記第２の直流電源により電力供給され、前記センサ集積回路に入力された信号を検出して対応する制御信号を生成するように構成され、
前記出力制御回路は、少なくとも前記制御信号に応答して、前記センサ集積回路を制御して、電流が前記出力ポートから前記センサ集積回路の外部に流れる第１の状態及び電流が前記センサ集積回路の外部から前記出力ポートに流れる第２の状態のうち少なくとも一方で動作させるように構成される、
ことを特徴とするセンサ集積回路。
【請求項２】
前記検出回路は、外部磁界を検出して前記外部磁界に適合する磁界検出信号を出力するように構成された磁気センサを備え、前記磁界検出信号が前記制御信号として機能することを特徴とする、請求項１に記載のセンサ集積回路。
【請求項３】
前記出力制御回路に供給される電圧が、前記第２の直流電源の電圧とは異な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センサ集積回路。
【請求項４】
前記出力制御回路は、前記第１の直流電源により電力供給され、前記出力制御回路に供給される電圧の平均値が、前記第２の直流電源の出力電圧の平均値より高いことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項５】
前記電源モジュールが、電圧安定器、バンドギャップ基準電圧源、及び電圧調整器をさらに備え、
前記電圧安定器は、前記第１の直流電源の電圧を安定化して、第３の直流電源として機能する、より低い電圧にするように構成され、
前記バンドギャップ基準電圧源は、前記第３の直流電源により電力供給され、前記第３の直流電源の電圧より低い基準電圧を生成するように構成され、
前記電圧調整器は、前記第１の直流電源により電力供給され、前記基準電圧に基づいて前記第２の直流電源を生成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４のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項６】
前記第２の直流電源の電圧が、前記第３の直流電源の電圧より低いことを特徴とする、請求項５に記載のセンサ集積回路。
【請求項７】
前記外部電源は交流電源であり、前記出力制御回路は、前記交流電源上の情報及び前記磁界検出信号に基づいて、前記センサ集積回路を制御して、少なくとも電流が前記出力ポートから前記センサ集積回路の外部に流れる第１の状態と、電流が前記センサ集積回路の外部から前記出力ポートに流れる第２の状態との間で切り換えるようにされている、請求項２〜請求項６のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項８】
前記外部電源が交流電源であり、前記出力制御回路は、
前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が第１の磁気極性にある場合、又は前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の磁気極性とは逆の第２の磁気極性にある場合、負荷電流が前記出力ポートを通って流れるようにさせ、
前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の磁気極性にある場合、又は前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第２の磁気極性にある場合、負荷電流が出力ポートを通って流れないようにさせる
ように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のセンサ集積回路。
【請求項９】
モータ及びモータ駆動回路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。
【請求項１０】
前記モータ駆動回路が、外部交流電源の両端間に前記モータに対して直列に接続された双方向スイッチをさらに備え、前記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。
【手続補正書】
【提出日】平成29年6月26日(2017.6.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、前記ハウジングの内部に配置された半導体基板と、前記ハウジングから外に延びる出力ポートと、外部電源に接続するように構成された入力ポートと、前記半導体基板上に配置された電子回路とを備えたセンサ集積回路であって、前記電子回路は、整流器、電源モジュール、出力制御回路及び検出回路を備え、ここで
前記整流器は、前記外部電源を第１の直流電源に変換するように構成され、
前記電源モジュールは、前記第１の直流電源とは異なる第２の直流電源を生成するように構成され、
前記検出回路は、前記第２の直流電源により電力供給され、前記センサ集積回路に入力された信号を検出して対応する制御信号を生成するように構成され、
前記出力制御回路は、少なくとも前記制御信号に応答して、前記センサ集積回路を制御して、電流が前記出力ポートから前記センサ集積回路の外部に流れる第１の状態及び電流が前記センサ集積回路の外部から前記出力ポートに流れる第２の状態のうち少なくとも一方で動作させるように構成される、
ことを特徴とするセンサ集積回路。
【請求項２】
前記検出回路は、外部磁界を検出して前記外部磁界に適合する磁界検出信号を出力するように構成された磁気センサを備え、前記磁界検出信号が前記制御信号として機能することを特徴とする、請求項１に記載のセンサ集積回路。
【請求項３】
前記出力制御回路に供給される電圧が、前記第２の直流電源の電圧とは異な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センサ集積回路。
【請求項４】
前記出力制御回路は、前記第１の直流電源により電力供給され、前記出力制御回路に供給される電圧の平均値が、前記第２の直流電源の出力電圧の平均値より高いことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項５】
前記電源モジュールが、電圧安定器、バンドギャップ基準電圧源、及び電圧調整器をさらに備え、
前記電圧安定器は、前記第１の直流電源の電圧を安定化して、第３の直流電源として機能する、より低い電圧にするように構成され、
前記バンドギャップ基準電圧源は、前記第３の直流電源により電力供給され、前記第３の直流電源の電圧より低い基準電圧を生成するように構成され、
前記電圧調整器は、前記第１の直流電源により電力供給され、前記基準電圧に基づいて前記第２の直流電源を生成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４のいずれかに記載のセンサ集積回路。
【請求項６】
前記第２の直流電源の電圧が、前記第３の直流電源の電圧より低いことを特徴とする、請求項５に記載のセンサ集積回路。
【請求項７】
前記外部電源は交流電源であり、前記出力制御回路は、前記交流電源上の情報及び前記磁界検出信号に基づいて、前記センサ集積回路を制御して、少なくとも電流が前記出力ポートから前記センサ集積回路の外部に流れる第１の状態と、電流が前記センサ集積回路の外部から前記出力ポートに流れる第２の状態との間で切り換えるようにされている、請求項２に記載のセンサ集積回路。
【請求項８】
前記外部電源が交流電源であり、前記出力制御回路は、
前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が第１の磁気極性にある場合、又は前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の磁気極性とは逆の第２の磁気極性にある場合、負荷電流が前記出力ポートを通って流れるようにさせ、
前記交流電源が負の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第１の磁気極性にある場合、又は前記交流電源が正の半周期にあり、かつ前記外部磁界が前記第２の磁気極性にある場合、負荷電流が出力ポートを通って流れないようにさせる
ように構成されることを特徴とする、請求項２に記載のセンサ集積回路。
【請求項９】
モータ及びモータ駆動回路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。
【請求項１０】
前記モータ駆動回路が、外部交流電源の両端間に前記モータに対して直列に接続された双方向スイッチをさらに備え、前記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。