(57)【要約】      （修正有）【課題】電気エネルギーの利用効率を向上できるモータの駆動回路に適用される集積回路、モータアセンブリ、及びこの駆動回路を用いる応用機器を提供する。【解決手段】集積回路１８は、ハウジング１９と、ハウジング内に配置される半導体基板と、ハウジングから延出されるいくつかのピン２１と、半導体基板上に配置される整流器２８を有する電子回路とを含む。整流器は、制御式スイッチを含む。【選択図】図４
0003207078.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
モータの駆動回路であって、
外部交流電源の２つの端子の間に、前記モータと直列に接続される２方向交流スイッチと、
前記２方向交流スイッチの制御端子に接続されるスイッチ制御回路と、
前記モータのロータの磁界を検出し、前記スイッチ制御回路の前記制御端子に検出信号を出力するように構成される検出回路と、を備え、
前記２方向交流スイッチ、前記スイッチ制御回路、及び前記検出回路の少なくとも２つ又は全ては、集積されて、１つの集積回路になることを特徴とする駆動回路。
【請求項２】
更に、制御式半導体スイッチを有する整流器を備えることを特徴とする、請求項１に記載の駆動回路。
【請求項３】
前記整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を備え、前記２つの整流分岐部の１つは、逆方向に直列に接続される１対の制御式半導体スイッチを備え、前記１対の制御式半導体スイッチは、１対の感光性半導体スイッチであり、前記駆動回路は、更に、前記１対の感光性半導体スイッチとそれぞれ結合される１対の発光部を備え、前記駆動回路は、更に、第１の信号端子及び第２の信号端子を備え、前記１対の発光部は、前記第１の信号端子と前記第２の信号端子との間に並列に接続されることを特徴とする、請求項２に記載の駆動回路。
【請求項４】
前記整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を備え、前記２つの整流分岐部の１つは、逆方向に直列に接続される１対の制御式半導体スイッチを備え、前記駆動回路は、更に、第１の信号端子及び第２の信号端子を備え、１対の光結合器が、前記第１の信号端子と前記第２の信号端子との間に並列に接続され、前記１対の制御式半導体スイッチは、それぞれ、前記１対の光結合器によって制御されることを特徴とする、請求項２に記載の駆動回路。
【請求項５】
前記整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を備え、前記２つの整流分岐部の１つは、逆方向に直列に接続される１対の制御式半導体スイッチを備え、前記１対の制御式半導体スイッチは、１対の１方向サイリスタであり、前記駆動回路は、更に、前記１対の１方向サイリスタのカソードに接続される第１の信号端子と、前記１対の１方向サイリスタの制御端子に接続される第２の信号端子とを備えることを特徴とする、請求項２に記載の駆動回路。
【請求項６】
更に、前記整流器と直列に接続される電圧降下部を備え、前記整流器は、前記モータが故障しているとき、電源を遮断するように、前記電圧降下部を制御することを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項７】
前記整流器は、前記集積回路に組み込まれ、前記集積回路は、前記制御式半導体スイッチを制御するための外部ピンを備えることを特徴とする、請求項２乃至５のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項８】
前記整流器は、前記集積回路に組み込まれ、前記集積回路は、前記第１の信号端子及び前記第２の信号端子にそれぞれ接続される外部ピンを備えることを特徴とする、請求項３乃至５のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項９】
前記スイッチ制御回路は、前記検出信号及び前記交流電源の極性に応じて、予め設定したように、前記２方向交流スイッチを、オン状態とオフ状態との間で切換制御するように構成されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の駆動回路。
【請求項１０】
ハウジングと、前記ハウジング内に配置される半導体基板と、前記ハウジングから延出されるいくつかのピンと、前記半導体基板上に配置される整流器を有する電子回路とを備え、前記整流器は、制御式スイッチを備えることを特徴とする集積回路。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
[0001]
本考案は、モータの駆動回路に関し、特に、モータの駆動回路に適用される集積回路、モータアセンブリ、及びこの駆動回路を用いる応用機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
[0002]
同期モータの始動過程において、ステータの電磁石は、交番磁界を発生させ、これは、順方向に回転する磁界及び逆方向に回転する磁界の合成磁界に相当する。そして、交番磁界は、永久磁石式ロータを引っ張り、偏向により振動させる。最後に、ロータの或る方向の回転が、急速に加速されて、ロータの偏向振動振幅が増加されると、ステータの交番磁界と同期する。一般に、モータの始動トルクは、同期モータが確実に始動できるように大きく設定されるので、モータは、低効率の作動点で動作する。更に、ロータは、初期付勢時の永久磁石式ロータの停止位置及び交流（ＡＣ）の極性が一定ではないので、毎回、確実に同じ方向に回転始動することができない。したがって、モータを有するファン及びポンプは、低い動作効率で作動する。
【考案の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
[0003]
モータの駆動回路を提供するものであり、この駆動回路は、外部交流電源の２つの端子の間に、前記モータと直列に接続される２方向交流スイッチと、前記２方向交流スイッチの制御端子に接続されるスイッチ制御回路と、前記モータのロータの磁界を検出し、前記スイッチ制御回路の前記制御端子に検出信号を出力するように構成される検出回路とを含み、前記２方向交流スイッチ、前記スイッチ制御回路、及び前記検出回路の少なくとも２つ又は全ては、集積されて、１つの集積回路になる。
【０００４】
[0004]
前記駆動回路は、更に、制御式半導体スイッチを有する整流器を備えることが好ましい。
【０００５】
[0005]
前記整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を備え、前記２つの整流分岐部の１つは、逆方向に直列に接続される１対の制御式半導体スイッチを備え、前記１対の制御式半導体スイッチは、１対の感光性半導体スイッチであり、前記駆動回路は、更に、前記１対の感光性半導体スイッチとそれぞれ結合される１対の発光部を備え、前記駆動回路は、更に、第１の信号端子及び第２の信号端子を備え、前記１対の発光部は、前記第１の信号端子と前記第２の信号端子との間に並列に接続されることが好ましい。
【０００６】
[0006]
前記整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を備え、前記２つの整流分岐部の１つは、逆方向に直列に接続される１対の制御式半導体スイッチを備え、前記駆動回路は、更に、第１の信号端子及び第２の信号端子を備え、１対の光結合器が、前記第１の信号端子と前記第２の信号端子との間に並列に接続され、前記１対の制御式半導体スイッチは、それぞれ、前記１対の光結合器によって制御されることが好ましい。
【０００７】
[0007]
前記整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を備え、前記２つの整流分岐部の１つは、逆方向に直列に接続される１対の制御式半導体スイッチを備え、前記１対の制御式半導体スイッチは、１対の１方向サイリスタであり、前記駆動回路は、更に、前記１対の１方向サイリスタのカソードに接続される第１の信号端子と、前記１対の１方向サイリスタの制御端子に接続される第２の信号端子とを備えることが好ましい。
【０００８】
[0008]
前記駆動回路は、更に、前記整流器と直列に接続される電圧降下部を備え、前記整流器は、前記モータが故障しているとき、電源を遮断するように、前記電圧降下部を制御することが好ましい。
【０００９】
[0009]
前記整流器は、前記集積回路に組み込まれ、前記集積回路は、前記制御式半導体スイッチを制御するための外部ピンを備えることが好ましい。
【００１０】
[0010]
前記整流器は、前記集積回路に組み込まれ、前記集積回路は、前記第１の信号端子及び前記第２の信号端子にそれぞれ接続される外部ピンを備えることが好ましい。
【００１１】
[0011]
前記スイッチ制御回路は、前記検出信号及び前記交流電源の極性に応じて、予め設定したように、前記２方向交流スイッチを、オン状態とオフ状態との間で切換制御するように構成されることが好ましい。
【００１２】
[0012]
好ましくは、集積回路を提供するものであり、この集積回路は、ハウジングと、前記ハウジング内に配置される半導体基板と、前記ハウジングから延出されるいくつかのピンと、前記半導体基板上に配置される整流器を有する電子回路とを含み、前記整流器は、制御式スイッチを備える。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本考案の一実施形態による単相永久磁石式同期モータを示す図である。
【図２】本考案の一実施形態による単相永久磁石式同期モータの概略回路図である。
【図３】図２に示す集積回路の実現方法の回路ブロック図である。
【図４】図２に示す集積回路の実現方法の回路ブロック図である。
【図５】一実施形態による、図２に示すモータの回路を示す図である。
【図６】図５に示すモータの回路の波形を示す図である。
【図７】他の実施形態による、図２に示すモータの回路を示す図である。
【図８】他の実施形態による、図２に示すモータの回路を示す図である。
【図９】他の実施形態による、図２に示すモータの回路を示す図である。
【図９Ａ】他の実施形態による、図２に示すモータの回路を示す図である。
【図９Ｂ】他の実施形態による、図２に示すモータの回路を示す図である。
【図１０】本考案の一実施形態による単相永久磁石式同期モータの概略回路図である。
【図１１】図１０に示す集積回路の実現方法の回路ブロック図である。
【図１２】本考案の一実施形態による単相永久磁石式同期モータの概略回路図である。
【図１３】上記のモータを含む水ポンプを示す図である。
【図１４】上記のモータを含んで用いるファンを示す図である。
【考案を実施するための形態】
【００１４】
[0025]
以下、図面と共に、本考案の特定の実施形態を詳細に説明することにより、本考案の技術的解決手段及び他の有益な効果は明らかである。図面は、単に参照及び説明のためのものであり、本考案を限定するために用いられるものではないと理解できる。図面に示す寸法は、単に明確な記載を容易にするためのものであるが、比例関係に限定されるものではない。
【００１５】
[0026]
図１は、本考案の一実施形態による単相永久磁石式同期モータを示す。同期モータ１０は、ステータと、ステータに対して相対的に回転可能なロータ１１とを含む。ステータは、ステータコア１２と、ステータコア１２に巻き付けられるステータ巻線１６とを含む。ステータコアは、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電気鋼、ケイ素鋼などの軟磁性材料から形成することができる。ロータ１１は、永久磁石を含み、ロータ１１は、ステータ巻線１６が交流電源と直列に接続される場合、安定状態の段階の間、６０ｆ／ｐ［ｒｐｍ］の一定の回転速度で動作する（ここで、ｆは交流電源の周波数であり、ｐはロータの極対の数である）。本実施形態では、ステータコア１２は、互いに対向する２つの極１４を含む。各極１４は、極弧１５を含み、ロータ１１の外面は、極弧１５に対向し、ロータ１１の外面と極弧１５との間に、実質的に均一な空隙１３が形成される。本考案による「実質的に均一な空隙」とは、ステータとロータとの間の大部分の空間に、均一な空隙が形成され、ステータとロータとの間の空間のわずかな部分に、不均一な空隙が形成されることを意味する。好ましくは、ステータの極の極弧１５に、凹状の始動溝１７を配設することができ、始動溝１７ではなく極弧１５の一部を、ロータと同心にすることができる。上記の構成では、不均一な磁界を形成することができ、ロータの極軸Ｓ１は、ロータが停止している場合（図１に示す）、ステータの極１４の中心軸Ｓ２に対して相対的な傾斜角を有し、駆動回路の作用でモータに電源が投入されるたびに、ロータは、始動トルクを有することができる。具体的には、「ロータの極軸Ｓ１」とは、互いに異なる極性を有する２つの磁極の間の境界を指し、「ステータの極１４の中心軸Ｓ２」とは、ステータの２つの極１４の中心点を通る連結線を指す。本実施形態では、ステータ及びロータの両方が、２つの磁極を含む。ステータの磁極の数は、ロータの磁極の数に等しくなくてもよく、ステータ及びロータは、より多くの磁極（例えば、他の実施形態では、４つ又は６つの磁極）を有することができるものと理解できる。
【００１６】
[0027]
図２は、本考案の一実施形態による単相永久磁石式同期モータ１０の概略回路図を示す。モータのステータ巻線１６及び集積回路１８は、交流電源２４の２つの端子の間に直列に接続される。モータの駆動回路は、集積回路１８に組み込まれ、駆動回路によって、モータは、モータに電源が投入されるたびに、一定の方向に始動することができる。
【００１７】
[0028]
図３は、集積回路１８の実現方法を示す。集積回路は、ハウジング１９と、ハウジング１９から延出される２つのピン２１と、ハウジング１９内に実装される駆動回路とを含む。駆動回路は、半導体基板上に配設され、駆動回路は、モータのロータの磁界の極性を検出するように構成される検出回路２０と、２つのピン２１の間に接続される制御式２方向交流スイッチ２６と、検出回路２０によって検出されるロータの磁界の極性に基づいて、予め設定したように、制御式２方向交流スイッチ２６を、オン状態とオフ状態との間で切換制御するように構成されるスイッチ制御回路３０とを含む。
【００１８】
[0029]
好ましくは、スイッチ制御回路３０は、交流電源２４が正の半サイクルであり、ロータの磁界の極性が第１の極性である場合、又は交流電源２４が負の半サイクルであり、ロータの磁界の極性が第１の極性とは逆の第２の極性である場合、制御式２方向交流スイッチ２６をオンにするように構成される。この構成によって、ステータ巻線１６は、モータの始動段階において、ロータを一定の方向にのみ引っ張ることができる。
【００１９】
[0030]
図４は、集積回路１８の実現方法を示す。図４は、図４に示す集積回路が、更に、整流器２８を含み、整流器２８は、２つのピン２１の間に、制御式２方向交流スイッチ２６と並列に接続され、検出回路２０に供給される直流を発生させることができる点で、図３とは異なる。本実施形態では、好ましくは、検出回路２０は、磁気センサ（位置センサともいう）にすることができ、集積回路は、ロータの近くに設置されて、磁気センサが、ロータの磁界の変化を感知することができるようになっている。検出回路２０は、磁気センサを含まなくてもよく、ロータの磁界の変化は、他の実施形態では、他の方法で検出することができるものと理解できる。本考案による実施形態では、モータの駆動回路は、集積回路に実装されるので、回路のコストを低減することができ、回路の信頼性を向上させることができる。更に、モータは、プリント回路基板（ＰＣＢ）を含まなくてもよく、集積回路を適宜の位置に固定し、集積回路を、引込線を介して、モータの電線群及び電源に接続しさえすればよい。
【００２０】
[0031]
本考案による実施形態では、ステータ巻線１６及び交流電源２４は、２つのノードＡ及びＢの間に直列に接続される。好ましくは、交流電源２４は、５０Ｈｚや６０Ｈｚなどの固定周波数を有する商用交流電源にすることができ、供給電圧は、例えば、１１０Ｖ、２２０Ｖ又は２３０Ｖにすることができる。制御式２方向交流スイッチ２６、及び直列に接続されたステータ巻線１６及び交流電源２４は、２つのノードＡ及びＢの間に並列に接続される。好ましくは、制御式２方向交流スイッチ２６は、トライアックにすることができ、その２つのアノードは、それぞれ、２つのピン２１に接続される。制御式２方向交流スイッチ２６は、逆方向に並列に接続される２つの１方向サイリスタを含むことができ、それぞれの制御回路は、予め設定したように、２つの１方向サイリスタを制御するように配設することができるものと理解できる。整流器２８及び制御式２方向交流スイッチ２６は、２つのピン２１の間に並列に接続される。２つのピン２１の間の交流は、整流器２８によって、低電圧直流に変換される。検出回路２０には、整流器２８によって出力される低電圧直流を供給することができ、検出回路２０は、同期モータ１０の永久磁石式ロータ１１の磁極の位置を検出し、それぞれの信号を出力するように構成することができる。
【００２１】
[0032]
スイッチ制御回路３０は、整流器２８、検出回路２０、及び制御式２方向交流スイッチ２６に接続され、スイッチ制御回路３０は、検出回路２０によって検出される永久磁石式ロータの磁極位置及び交流電源２４の極性に関する情報に基づいて、予め設定したように、制御式２方向交流スイッチ２６を、オン状態とオフ状態との間で切換制御して、モータの始動段階において、ステータ巻線１６が、ロータ１１を引っ張り、上述の一定の始動方向にのみ回転させるように構成される。本考案では、制御式２方向交流スイッチ２６をオンにする場合、２つのピン２１が短絡され、整流器２８には、電流が流れないので、整流器２８は、電気エネルギを消費せず、したがって、電気エネルギの利用効率を著しく向上させることができる。
【００２２】
[0033]
図５は、一実施形態による、図２に示すモータの回路を示す。モータのステータ巻線１６は、集積回路１８の２つのピン２１の間に、交流電源２４と直列に接続される。２つのノードＡ及びＢは、それぞれ、２つのピン２１に接続される。トライアック２６の第１のアノードＴ２は、ノードＡに接続され、トライアック２６の第２のアノードＴ１は、ノードＢに接続される。整流器２８は、２つのノードＡ及びＢの間に、トライアック２６と並列に接続される。２つのノードＡ及びＢの間の交流電圧は、整流器２８によって、低直流電圧に変換される（好ましくは、低電圧は、３Ｖ〜１８Ｖの範囲内である）。整流器２８は、第１の抵抗器Ｒ１と、第２の抵抗器Ｒ２と、２つのノードＡ及びＢの間に逆方向に並列に接続される第１のツェナーダイオードＺ１及び第２のツェナーダイオードＺ２とを含む。整流器２８の高電圧出力端子Ｃが、第１の抵抗器Ｒ１と第１のツェナーダイオードＺ１のカソードとの接続点に形成され、整流器２８の低電圧出力端子Ｄが、第２の抵抗器Ｒ２と第２のツェナーダイオードＺ２のアノードとの接続点に形成される。電圧出力端子Ｃは、位置センサ２０の正の電源端子に接続され、電圧出力端子Ｄは、位置センサ２０の負の電源端子に接続される。スイッチ制御回路３０の３つの端子は、それぞれ、整流器２８の高電圧出力端子Ｃ、位置センサ２０の出力端子Ｈ１、及びトライアック２６の制御電極Ｇに接続される。スイッチ制御回路３０は、第３の抵抗器Ｒ３と、第５のダイオードＤ５と、位置センサ２０の出力端子Ｈ１と制御式２方向交流スイッチ２６の制御電極Ｇとの間に直列に接続される第４の抵抗器Ｒ４及び第６のダイオードＤ６とを含む。第６のダイオードＤ６のアノードは、制御式２方向交流スイッチ２６の制御電極Ｇに接続される。第３の抵抗器Ｒ３の一方の端子は、整流器２８の高電圧出力端子Ｃに接続され、第３の抵抗器Ｒ３の他方の端子は、第５のダイオードＤ５のアノードに接続される。第５のダイオードＤ５のカソードは、制御式２方向交流スイッチ２６の制御電極Ｇに接続される。
【００２３】
[0034]
図６を参照して、上述の回路の動作原理を説明する。図６において、Ｖａｃは、交流電源２４の電圧の波形を示し、Ｉａｃは、ステータ巻線１６を流れる電流の波形を示す。ステータ巻線１６の誘導特性により、電流Ｉａｃの波形は、電圧Ｖａｃの波形よりも遅れる。Ｖ１は、ツェナーダイオードＺ１の２つの端子の間の電圧の波形を示し、Ｖ２は、ツェナーダイオードＺ２の２つの端子の間の電圧の波形を示し、Ｖｃｄは、整流器２８の２つの出力端子Ｃ及びＤの間の電圧の波形を示し、Ｈａは、位置センサ２０の出力端子Ｈ１から出力される信号の波形を示し、Ｈｂは、位置センサ２０によって検出されるロータの磁界を示す。この実施形態では、位置センサ２０に正常に電源が供給される場合、検出されたロータの磁界がＮ極の場合には、出力端子Ｈ１は、論理ｈｉｇｈレベルを出力し、或いは、検出されたロータの磁界がＳ極の場合には、出力端子Ｈ１は、論理ｌｏｗレベルを出力する。
【００２４】
[0035]
位置センサ２０によって検出されるロータの磁界ＨｂがＮ極の場合、交流電源の第１の正の半サイクルにおいて、供給電圧は、時刻ｔ０から時刻ｔ１の期間に漸増し、位置センサ２０の出力端子Ｈ１は、ｈｉｇｈレベルを出力し、電流が、抵抗器Ｒ１、抵抗器Ｒ３、ダイオードＤ５、及びトライアック２６の制御電極Ｇ及び第２のアノードＴ１を順次流れる。制御電極Ｇ及び第２のアノードＴ１を流れる駆動電流がゲートトリガ電流Ｉｇよりも大きい場合、トライアック２６はオンになる。一旦トライアック２６がオンになると、２つのノードＡ及びＢは短絡され、モータのステータ巻線１６を流れる電流は、大きい順方向電流がステータ巻線１６を流れるまで漸増し、ロータ１１は、図３に示すように、時計回り方向に回転駆動される。２つのノードＡ及びＢが短絡されるので、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間に、整流器２８には、電流が流れない。したがって、抵抗器Ｒ１及びＲ２は、電気エネルギを消費せず、位置センサ２０の出力は、電源電圧が無いので、停止される。トライアック２６の２つのアノードＴ１及びＴ２には、十分に大きい電流（保持電流Ｉholdよりも大きい電流）が流れるので、制御電極Ｇ及び第２のアノードＴ１に、駆動電流が流れない場合、トライアック２６は、オン状態に維持される。交流電源の負の半サイクルにおいて、時刻ｔ３の後、Ｔ１及びＴ２を流れる電流は、保持電流Ｉholdよりも小さく、トライアック２６はオフになり、電流は、整流器２８を流れ始め、位置センサ２０の出力端子Ｈ１は、再び、ｈｉｇｈレベルを出力する。点Ｃの電位が点Ｅの電位よりも低いので、トライアック２６の制御電極Ｇ及び第２のアノードＴ１には、駆動電流が流れず、トライアック２６は、オフ状態に維持される。整流器２８の抵抗器Ｒ１及びＲ２の抵抗は、モータのステータ巻線１６の抵抗よりもはるかに大きいので、現在、ステータ巻線１６を流れる電流は、時刻ｔ１から時刻ｔ２の期間にステータ巻線１６を流れる電流よりもはるかに小さく、ロータ１１の駆動力は無い。したがって、ロータ１１は、慣性効果により、時計回り方向に回転し続ける。交流電源の第２の正の半サイクルにおいて、第１の正の半サイクルと同様に、電流は、抵抗器Ｒ１、抵抗器Ｒ３、ダイオードＤ５、及びトライアック２６の制御電極Ｇ及び第２のアノードＴ１を順次流れる。トライアック２６は、再びオンになり、ステータ巻線１６を流れる電流は、ロータ１１を時計回り方向に回転駆動し続ける。同様に、２つのノードＡ及びＢが短絡されるので、抵抗器Ｒ１及びＲ２は、電気エネルギを消費せず、電源の負の半サイクルにおいて、トライアック２６の２つのアノードＴ１及びＴ２を流れる電流は、保持電流Ｉholdよりも小さく、トライアック２６は、再びオフになり、ロータは、慣性効果により、時計回り方向に回転し続ける。
【００２５】
[0036]
時刻ｔ４で、位置センサ２０によって検出されるロータの磁界Ｈｂは、Ｎ極からＳ極に変化し、交流電源は正の半サイクルであり、トライアック２６はオンになり、２つのノードＡ及びＢは短絡され、整流器２８には、電流が流れない。交流電源の負の半サイクルの後、トライアック２６の２つのアノードＴ１及びＴ２を流れる電流は漸減し、時刻ｔ５で、トライアック２６はオフになる。その後、電流は、トライアック２６の第２のアノードＴ１及び制御電極Ｇ、ダイオードＤ６、抵抗器Ｒ４、位置センサ２０、抵抗器Ｒ２、及びステータ巻線１６を順次流れる。駆動電流が漸増するにつれて、時刻ｔ６で、トライアック２６は再びオンになり、２つのノードＡ及びＢは再び短絡され、抵抗器Ｒ１及びＲ２は電気エネルギを消費せず、位置センサ２０の出力は、電源電圧が無いので、停止される。ステータ巻線１６には、大きい逆方向電流が流れ、ロータの磁界がＳ極なので、ロータ１１は、時計回り方向に駆動され続ける。時刻ｔ５から時刻ｔ６の期間に、第１のツェナーダイオードＺ１及び第２のツェナーダイオードＺ２はオンになるので、整流器２８の２つの出力端子Ｃ及びＤの間に、電圧が出力される。時刻ｔ７で、交流電源は、再び、正の半サイクルになり、一旦トライアック２６を流れる電流がゼロと交差すると、トライアック２６はオフになり、その後、制御回路の電圧は漸増する。電圧が漸増するにつれて、電流は、整流器２８を流れ始め、位置センサ２０の出力端子Ｈ１は、ｌｏｗレベルを出力し、トライアック２６の制御電極Ｇ及び第２のアノードＴ１には、駆動電流が流れず、したがって、トライアック２６はオフになる。ステータ巻線１６を流れる電流が小さいので、ロータ１１の駆動力は発生しない。時刻ｔ８で、電源は正の半サイクルであり、位置センサはｌｏｗレベルを出力し、電流がゼロと交差した後、トライアック２６はオフ状態に維持され、ロータは、慣性効果により、時計回り方向に回転し続ける。本考案では、ステータ巻線に電源が投入された後、１回だけ円回転させることによって、ステータの磁界と同期するように、ロータを加速することができる。
【００２６】
[0037]
本考案の実施形態による回路では、モータは、モータに電源が投入されるたびに、確実に同じ方向に始動且つ回転することができる。ファンや水ポンプなどの用途では、ロータによって駆動される扇状部及びインペラは、湾曲ベーンを有することができるので、ファン及び水ポンプの効率が向上する。更に、本考案の実施形態では、一旦トライアックがオンになると、トライアックには駆動電流が流れないが、トライアックがオン状態に維持されるというトライアックの特性を利用することによって、トライアックがオンになった後、整流器２８の抵抗器Ｒ１及び抵抗器Ｒ２が、依然として、電気エネルギを消費することを回避し、したがって、電気エネルギの利用効率を著しく向上させることができる。
【００２７】
[0038]
図７は、一実施形態による、図２に示すモータの回路を示す。モータのステータ巻線１６は、集積回路１８の２つのピン２１の間に、交流電源２４と直列に接続される。２つのノードＡ及びＢは、それぞれ、２つのピン２１に接続される。トライアック２６の第１のアノードＴ２は、ノードＡに接続され、トライアック２６の第２のアノードＴ１は、ノードＢに接続される。整流器２８は、２つのノードＡ及びＢの間に、トライアック２６と並列に接続される。２つのノードＡ及びＢの間の交流は、整流器２８によって、低電圧直流に変換され、好ましくは、低電圧は、３Ｖ〜１８Ｖの範囲内である。整流器２８は、２つのノードＡ及びＢの間に直列に接続される第１の抵抗器Ｒ１及び全波ブリッジ整流器を含む。第１の抵抗器Ｒ１は、電圧降下部として用いることができ、全波ブリッジ整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を含み、２つの整流分岐部の一方は、逆方向に直列に接続される第１のダイオードＤ１及び第３のダイオードＤ３を含み、２つの整流分岐部の他方は、逆方向に直列に接続される第２のツェナーダイオードＺ２及び第４のツェナーダイオードＺ４を含み、整流器２８の高電圧出力端子Ｃが、第１のダイオードＤ１のカソードと第３のダイオードＤ３のカソードとの接続点に形成され、整流器２８の低電圧出力端子Ｄが、第２のツェナーダイオードＺ２のアノードと第４のツェナーダイオードＺ４のアノードとの接続点に形成される。出力端子Ｃは、位置センサ２０の正の電源端子に接続され、出力端子Ｄは、位置センサ２０の負の電源端子に接続される。スイッチ制御回路３０は、第３の抵抗器Ｒ３と、第４の抵抗器Ｒ４と、位置センサ２０の出力端子Ｈ１と制御式２方向交流スイッチ２６の制御電極Ｇとの間に逆方向に直列に接続される第５のダイオードＤ５及び第６のダイオードＤ６とを含む。第５のダイオードＤ５のカソードは、位置センサの出力端子Ｈ１に接続され、第６のダイオードＤ６のカソードは、制御式２方向交流スイッチの制御電極Ｇに接続される。第３の抵抗器Ｒ３の一方の端子は、整流器の高電圧出力端子Ｃに接続され、第３の抵抗器Ｒ３の他方の端子は、第５のダイオードＤ５のアノードと第６のダイオードＤ６のアノードとの接続点に接続される。第４の抵抗器Ｒ４の２つの端子は、それぞれ、第５のダイオードＤ５のカソード及び第６のダイオードＤ６のカソードに接続される。
【００２８】
[0039]
図８は、一実施形態による、図２に示すモータの回路を示す。この実施形態は、図７のツェナーダイオードＺ２及びＺ４の代わりに、図８の整流器の一般的なダイオードＤ２及びＤ４を用いる点で、前述の実施形態とは異なる。更に、電圧調整器としてのツェナーダイオードＺ７が、図８の整流器２８の２つの出力端子Ｃ及びＤの間に接続される。
【００２９】
[0040]
図９は、一実施形態による、図２に示すモータの回路を示す。同期モータのステータ巻線１６は、集積回路１８の２つのピン２１の間に、交流電源２４と直列に接続される。２つのノードＡ及びＢは、それぞれ、２つのピン２１に接続される。トライアック２６の第１のアノードＴ２は、ノードＡに接続され、トライアック２６の第２のアノードＴ１は、ノードＢに接続される。整流器２８は、２つのノードＡ及びＢの間に、トライアック２６と並列に接続される。２つのノードＡ及びＢの間の交流は、整流器２８によって、低電圧直流に変換され、好ましくは、低電圧は、３Ｖ〜１８Ｖの範囲内である。整流器２８は、２つのノードＡ及びＢの間に直列に接続される第１の抵抗器Ｒ１及び全波ブリッジ整流器を含む。第１の抵抗器Ｒ１は、電圧降下部として用いることができる。全波ブリッジ整流器は、並列に接続される２つの整流分岐部を含み、２つの整流分岐部の一方は、逆方向に直列に接続される２つの１方向サイリスタＳ１及びＳ３を含み、２つの整流分岐部の他方は、逆方向に直列に接続される第２のダイオードＤ２及び第４のダイオードＤ４を含む。整流器２８の高電圧出力端子Ｃが、１方向サイリスタＳ１のカソードと１方向サイリスタＳ３のカソードとの接続点に形成され、整流器２８の低電圧出力端子Ｄが、第２のダイオードＤ２のアノードと第４のダイオードＤ４のアノードとの接続点に形成される。出力端子Ｃは、位置センサ２０の正の電源端子に接続され、出力端子Ｄは、位置センサ２０の負の電源端子に接続される。スイッチ制御回路３０は、第３の抵抗器Ｒ３と、ＮＰＮトライオードＴ６と、位置センサ２０の出力端子Ｈ１と制御式２方向交流スイッチ２６の制御電極Ｇとの間に直列に接続される第４の抵抗器Ｒ４及び第５のダイオードＤ５とを含む。第５のダイオードＤ５のカソードは、位置センサの出力端子Ｈ１に接続される。第３の抵抗器Ｒ３の一方の端子は、整流器の高電圧出力端子Ｃに接続され、第３の抵抗器Ｒ３の他方の端子は、位置センサの出力端子Ｈ１に接続される。ＮＰＮトライオードＴ６のベースは、位置センサの出力端子Ｈ１に接続され、ＮＰＮトライオードＴ６のエミッタは、第５のダイオードＤ５のアノードに接続され、ＮＰＮトライオードＴ６のコレクタは、整流器の高電圧出力端子Ｃに接続される。
【００３０】
[0041]
この実施形態では、制御信号が、２つの端子ＳＣ１及びＳＣ２を介して、２つのスイッチＳ１及びＳ３の制御端子に入力される。Ｓ１及びＳ３は、端子ＳＣ２からの制御信号入力がｈｉｇｈレベルの場合、オンになり、或いは、Ｓ１及びＳ３は、端子ＳＣ２からの制御信号入力がｌｏｗレベルの場合、駆動電流が無いのでオフになる。この構成に基づいて、駆動回路が正常に動作する場合、端子ＳＣ２からｈｉｇｈレベルを入力することによって、予め設定したように、オン状態とオフ状態との間で、Ｓ１及びＳ３を切り換えることができる。例外が生じた（例えば、モータのロータがロックされた）ので、モータを停止しなければならない場合、端子ＳＣ２からの制御信号入力をｈｉｇｈレベルからｌｏｗレベルに変えることによって、Ｓ１及びＳ３をオフにする。この場合、トライアック２６、整流器２８及び位置センサ２０をオフにして、回路全体を確実にゼロ負荷状態にする。一方、例外の場合、依然として連続する電力供給により、電圧降下部が過熱するのを回避する。
【００３１】
[0042]
１方向サイリスタＳ１及びＳ３の代わりに、他の型の制御式半導体スイッチを用いることができることを理解されたい。
【００３２】
[0043]
図９Ａは、他の実施形態による、図２に示すモータの回路を示す。図９に示す実施形態とは異なり、図９Ａでは、整流器は、２つの光結合器を含み、整流器の一方の整流分岐部は、逆方向に直列に接続されるダイオードＤ２及びＤ４を含み、他方の整流分岐部は、逆方向に直列に接続される２つの感光性半導体スイッチＳ１及びＳ３を含み、１つの光結合器は、感光性半導体スイッチＳ１／Ｓ３の各々及び発光部Ｄ１／Ｄ３から構成され、２つの光結合器の２つの発光部Ｄ１及びＤ３は、２つの端子ＳＣ１及びＳＣ２の間に並列に接続される。電流が、端子ＳＣ１及びＳＣ２の間に流れて、発光部Ｄ１及びＤ３を付勢して発光すると、感光性半導体スイッチＳ１及びＳ３は、受光して、電流を発生させる。この構成に基づいて、駆動回路が正常に動作する場合、予め設定したように、端子ＳＣ１及びＳＣ２に電流を流すことによって、予め設定したように、オン状態とオフ状態との間で、２つのスイッチＳ１及びＳ３を切り換えることができる。例外が生じた（例えば、モータのロータがロックされた）ので、モータを停止しなければならない場合、端子ＳＣ１及びＳＣ２に電流を流さないことによって、Ｓ１及びＳ３をオフにする。例外の場合、依然として連続する電力供給により、電圧降下部が過熱するのを回避する。本実施形態では、感光性半導体スイッチＳ１及びＳ３は、感光性１方向サイリスタである。他の実施形態では、他の型の感光性半導体スイッチを用いることもできることを理解されたい。
【００３３】
[0044]
図９Ｂは、更に他の実施形態による、図２に示すモータの回路を示す。図９Ａに示す実施形態とは異なり、図９Ｂでは、整流器は、２つの光結合器を含み、整流器の一方の整流分岐部は、逆方向に直列に接続されるダイオードＤ２及びＤ４を含み、他方の整流分岐部は、逆方向に直列に接続される２つの１方向サイリスタＳ１及びＳ３を含む。２つの１方向サイリスタＳ１及びＳ３の制御端子は、それぞれ、２つの光結合器の２つの感光性半導体スイッチＯ１及びＯ３の電流出力端子に接続され、１つの光結合器は、感光性半導体スイッチＯ１／Ｏ３の各々及び発光部Ｄ１／Ｄ３から構成され、２つの光結合器の２つの発光部Ｄ１及びＤ３は、２つの端子ＳＣ１及びＳＣ２の間に並列に接続される。電流が、端子ＳＣ１及びＳＣ２の間に流れて、発光部Ｄ１及びＤ３を付勢して発光すると、感光性半導体スイッチＯ１及びＯ３は、受光して電流を発生させて、スイッチＳ１及びＳ３を駆動してオンにする。この構成に基づいて、駆動回路が正常に動作する場合、予め設定したように、端子ＳＣ１及びＳＣ２に電流を流すことによって、予め設定したように、オン状態とオフ状態との間で、２つのスイッチＳ１及びＳ３を切り換えることができる。フィルタが、それぞれ、スイッチＳ１及びＳ３の各々の２つの端子の間に並列に接続されて、過電流を吸収することによって、トリガ信号が無い場合に、誤ってスイッチＳ１及びＳ３をオンにするのを回避する。好ましくは、フィルタは、スイッチＳ１／Ｓ３の２つの端子の間に直列に接続される抵抗器及びコンデンサを含む。例外が生じた（例えば、モータのロータがロックされた）ので、モータを停止しなければならない場合、端子ＳＣ１及びＳＣ２の間に電流を流さないことによって、Ｓ１及びＳ３をオフにして、これにより、例外の場合、依然として連続する電力供給により、電圧降下部が過熱するのを回避する。本実施形態では、感光性半導体スイッチＯ１及びＯ３は、感光性１方向サイリスタである。他の実施形態では、他の型の感光性半導体スイッチを用いることもできることを理解されたい。スイッチＳ１及びＳ３は、１方向サイリスタであり、他の実施形態では、他の型の制御式半導体スイッチを用いることもできることを理解されたい。この実施形態では、光結合器によって、より大きい駆動電流を供給することができ、整流器は、より大きい電流に対応するスイッチＳ１及びＳ３を用いることができる。したがって、２方向交流スイッチの制御端子に、より大きい駆動電流が供給され、より大きい電流定格を有する２方向交流スイッチを用いることができる。
【００３４】
[0045]
図１０は、本考案の一実施形態による単相永久磁石式同期モータ１０の概略回路図を示す。モータのステータ巻線１６は、交流電源２４の２つの端子の間に、集積回路１８と直列に接続される。モータの駆動回路は、集積回路１８に組み込まれ、駆動回路によって、モータは、モータに電源が投入されるたびに、一定の方向に始動することができる。本考案では、モータの駆動回路は、集積回路に実装されるので、回路のコストを低減することができ、回路の信頼性を向上させることができる。
【００３５】
[0046]
本考案では、実際の状況に基づいて、整流器、検出回路、スイッチ制御回路、制御式２方向交流スイッチの全て又は一部を、集積回路に組み込むことができる。例えば、図３に示すように、検出回路、スイッチ制御回路及び制御式２方向交流スイッチのみは、集積回路に組み込まれ、整流器は、集積回路の外側に配設される。
【００３６】
[0047]
例えば、図１０及び図１１の実施形態に示すように、電圧降下回路３２及び制御式２方向交流スイッチ２６は、集積回路の外側に配設され、整流器（整流ブリッジを含むだけでもよいが、電圧降下抵抗器又は他の電圧降下アセンブリを含まなくてもよい）、検出回路及びスイッチ制御回路は、集積回路に組み込まれる。本実施形態では、低電力部は、集積回路に組み込まれ、高電力部としての電圧降下回路３２及び制御式２方向交流スイッチ２６は、集積回路の外側に配設される。図１２に示すような実施形態では、電圧降下回路３２は、集積回路に組み込むことができ、制御式２方向交流スイッチは、集積回路の外側に配設される。図９、図９Ａ及び図９Ｂに示すような整流器が集積回路に組み込まれる場合、集積回路には、好ましくは、第１の信号端子及び第２の信号端子にそれぞれ接続される外部ピンが設けられる。したがって、集積回路から、制御信号が入力されて、２つの半導体スイッチＳ１及びＳ３を制御する。
【００３７】
[0048]
図１３は、上記のモータを用いる水ポンプ５０を示す。水ポンプ５０は、ポンプ室５２を有するポンプハウジング５４と、ポンプ室と連通する入口５６及び出口５８と、ポンプ室に回転可能に配設されるインペラ６０と、インペラを駆動するように構成されるモータアセンブリとを含む。図１４は、上記のモータを用いるファンを示す。このファンは、モータの出力軸を介して、直接的又は間接的に駆動される扇状部７０を含む。
【００３８】
[0049]
本考案の実施形態による単相永久磁石式同期モータでは、単相永久磁石式同期モータは、単相永久磁石式同期モータに電源が投入されるたびに、確実に一定の方向に始動且つ回転する。換気扇やレンジフードなどのファンや、循環ポンプやウェットピットポンプなどの水ポンプの用途では、ロータによって駆動される扇状部及びインペラは、湾曲ベーンを有することができるので、ファン及び水ポンプの効率が向上する。
【００３９】
[0050]
別の実施形態によるモータアセンブリでは、モータは、ノードＡとノードＢとの間に、２方向交流スイッチと直列に接続することができ、ノードＡ及びノードＢは、それぞれ、交流電源の２つの端子に接続することができる。
【００４０】
[0051]
本考案の実施形態によるモータアセンブリは、ポンプ、ファン、家庭用電気機器、又は車両に適用することができるが、これらに限定されるものではなく、家庭用電気機器は、洗濯機、食器洗浄機、レンジフード、換気ファン等を含むことができる。
【００４１】
[0052]
上記は、本考案の好ましい実施形態にすぎず、本考案の保護範囲を規定することを意図するものではない。本考案の精神及び原理内でなされるいかなる変更、均等な代替、改良等は全て、本考案の保護範囲に含まれる。例えば、本考案による駆動回路は、単相永久磁石式同期モータに適用されるだけでなく、単相ブラシレス直流モータなどの他の型の永久磁石式モータにも適用される。
【符号の説明】
【００４２】
１０  モータ
１１  ロータ
１２  ステータコア
１３  空隙
１４  極
１５  極弧
１６  ステータ巻線
１７  始動溝
１８  集積回路
１９  ハウジング
２０  検出回路／位置センサ
２１  ピン
２４  交流電源
２６  制御式２方向交流スイッチ／トライアック
２８  整流器
３０  スイッチ制御回路
３２  電圧降下回路
５０  水ポンプ
５２  ポンプ室
５４  ポンプハウジング
５６  入口
５８  出口
６０  インペラ
７０  扇状部
Ａ，Ｂ  ノード
Ｃ，Ｄ  出力端子
Ｄ１〜Ｄ６  ダイオード
Ｇ  制御電極
Ｈ１  出力端子
Ｏ１，Ｏ３  感光性半導体スイッチ
Ｒ１〜Ｒ４  抵抗器
Ｓ１  極軸／１方向サイリスタ／スイッチ
Ｓ２  中心軸
Ｓ３  １方向サイリスタ／スイッチ
ＳＣ１，ＳＣ２  端子
Ｔ１，Ｔ２  アノード
Ｔ６  ＮＰＮトライオード
Ｚ１，Ｚ２，Ｚ４，Ｚ７  ツェナーダイオード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
0003207078.tif 000016
【図１３】
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【図１４】
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