JP2017523768A - 駆動モータ用のモータ構成部品及び集積回路 - Google Patents

Abstract

モータ駆動のためのモータ組立品及び集積回路（１８）が開示される。モータ組立品は、交流電源（２４）によって給電可能なモータ（１０）と、モータ駆動回路とを備える。モータは、ステータと、ステータに対して回転可能なロータ（１１）とを備える。ステータは、ステータ鉄心（１２）と、ステータ鉄心に巻き付けた及びステータ巻線（１６）とを備える。駆動回路は、集積回路と、集積回路に接続された制御可能な双方向交流スイッチ（２６）とを備える。制御可能な双方向交流スイッチ及びステータ巻線は、交流電源に接続されるように構成された２つの端子間に直列に接続される。整流器（２８）、検出器（２０）及びスイッチ制御回路（３０）のうちの少なくとも２つが、集積回路に統合される。スイッチ制御回路は、制御可能な双方向交流スイッチを制御するように構成され、制御可能な双方向交流スイッチを交流電源の極性及び検出回路のロータ磁界の極性に応じて、オン状態とオフ状態との間で所定の方法にて切り換える。従って、集積回路は、モータが毎回の通電時に始動して一定方向に沿って回転することを保証できる。【選択図】 図１

Description

[0001] 本開示は、モータ用の駆動回路に、特に、単相永久磁石式同期モータを駆動するために適用される集積回路に関する。

[0002] 同期モータの始動過程では、ステータの電磁石が、前方回転磁界と後方回転磁界との結果として生じる磁界と等価な交番磁界を発生させ、交番磁界は、永久磁石ロータを引っ張ってたわみを伴って振動するようにする。最後に、ロータのたわみ振動振幅が増加すれば、一方向におけるロータの回転は急速に加速されて、ステータの交番磁界と同期する。従来の同期モータでは、一般に、始動を保証するためにモータの始動トルクは大きく設定されるので、モータは、効率が低い作用点で作動する。さらに、ロータは、毎回同じ方向に回転することを保証されず、その理由は、永久磁石ロータの停止位置、及び当初通電のおける交流（ＡＣ）の極性が固定されないからである。そのため、ファン及び水ポンプのような適用例では、一般に、ロータによって駆動されるインペラは、効率が低い直線放射状羽根を有し、それによりファン及び水ポンプの効率が低くなる。

[0003] 本開示の実施形態によりモータ構成部品が提供される。モータ構成部品は、モータと、交流（ＡＣ）電源によって給電されるモータのための駆動回路とを備える。モータは、ステータと、ステータに対して回転可能なロータとを備える。ステータは、ステータコアと、ステータコアに巻き付けたステータ巻線とを備える。駆動回路は、集積回路と、集積回路に接続された制御可能な双方向交流スイッチとを備える。制御可能な双方向交流スイッチ及びステータ巻線は、交流電源に接続するように構成された２つの端子間に直列に接続される。整流器、検出回路及びスイッチ制御回路のうちの少なくとも２つが集積回路に統合される。整流器は、少なくとも検出回路に供給される直流（ＤＣ）電圧を発生するように構成される。検出回路は、ロータの磁界極性を検出するように構成される。スイッチ制御回路は、制御可能な双方向交流スイッチを、交流電源の極性及び検出回路によって検出されたロータの磁界極性に基づき制御して、オン状態とオフ状態との間で予め設定された方法にて切り換えるように構成される。

[0004] スイッチ制御回路は、交流電源が正の半周期にあり、ロータの磁界極性が第１の極性であることが検出回路によって検出される場合、又は交流電源が負の半周期にあり、ロータの磁界極性が第１の極性とは反対の第２の極性であることが検出回路によって検出される場合に、制御可能な双方向交流スイッチをオンするように構成できることが好ましい。

[0005] 駆動回路は、整流器に接続された電圧降下器をさらに備え得ることが好ましい。

[0006] 整流器及び電圧降下器は、分岐を形成するために２つのノードにわたって接続され、制御可能な双方向交流スイッチは、分岐と並列に接続されることが好ましい。

[0007] 駆動回路は、直流電圧を安定させるように構成された電圧安定器をさらに備え得ることが好ましい。整流器、電圧降下器、電圧安定器、検出回路及びスイッチ制御回路は、集積回路に統合される。

[0008] 整流器は集積回路に統合でき、電圧降下器は集積回路の外部に配置できることが随意である。

[0009] 直流電圧を安定させるように構成された電圧安定器が、集積回路にさらに統合できることが好ましい。

[0010] 制御可能な双方向交流スイッチはトライアックにできることが好ましい。

[0011] 検出回路は磁気センサを備え得て、集積回路はロータの近くに設置でき、磁気センサは、ロータの磁界極性及び磁界極性の変動を感知できることが好ましい。

[0012] 検出回路は磁気センサを備える必要がなくできることが随意である。

[0013] 駆動回路はマイクロプロセッサを備える必要がなくできることが好ましい。

[0014] モータ構成部品はプリント基板（ＰＣＢ）を備える必要がなくできることが好ましい。

[0015] モータは単相永久磁石式同期モータであり、ロータは少なくとも１つの永久磁石を備え、ステータと永久磁石ロータとの間に不均一な磁気回路が形成され、永久磁石ロータが停止している場合、永久磁石ロータの極軸線は、ステータの中央軸線に対して角度をなしてずれており、ロータは、ステータ巻線が通電された後の定常状態段階中は６０ｆ／ｐｒｐｍの一定回転速度で作動することが好ましく、ここでｆは交流出力電源の周波数であり、ｐはロータの極対の数である。

[0016] 本開示の別の態様において、モータを駆動するための集積回路が提供される。集積回路は、ハウジングと、ハウジングから延び出た数本のピンと、半導体基板に配置されたスイッチ制御回路とを備え、半導体基板及びスイッチ制御回路は、ハウジング内にパッケージ化され、スイッチ制御回路は、双方向交流スイッチを制御するための制御信号を発生するように構成され、モータのロータの磁界極性に基づき双方向交流スイッチをオン又はオフして、モータのための通電モードを制御する。

[0017] モータのロータの磁界極性を検出するように構成された検出回路が半導体基板にさらに統合できることが好ましい。

[0018] 少なくとも検出回路に供給される直流電圧を発生するように構成された整流器が半導体基板にさらに統合できることが好ましい。

[0019] 直流電圧を安定させるように構成された電圧安定器が半導体基板にさらに統合できることが好ましい。

[0020] 制御可能な双方向交流スイッチは、ハウジング内にパッケージ化できることが好ましい。

[0021] 集積回路は、マイクロプロセッサを備える必要がなくできることが好ましい。

[0022] 集積回路のピンの本数は４本よりも少なくできることが好ましい。

[0023] 本開示の実施形態による集積回路を用いれば、モータは、これが通電される毎に同じ方向に始動して回転することが保証され得る。ファン及び水ポンプのような適用例では、ロータによって駆動される扇状部及びインペラは曲がった羽根を持ち得るので、ファン及び水ポンプの効率が向上する。さらに、モータ用の駆動回路の全部又は一部が集積回路内にパッケージ化されて、回路の費用を削減し、回路の信頼性を改善する。

本開示の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。 本開示の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２に示した集積回路を実行する方法の回路ブロック図である。 図２に示した集積回路を実行する方法の回路ブロック図である。 実施形態による図２に示したモータの電気回路である。 図５に示したモータの回路の波形図である。 他の実施形態による図２に示したモータの電気回路である。 他の実施形態による図２に示したモータの電気回路である。 他の実施形態による図２に示したモータの電気回路である。 本開示の実施形態による、単相永久磁石式同期モータの概略回路図である。 図１０に示した集積回路を実行する方法の回路ブロック図である。 本開示の実施形態による、単相永久磁石式同期モータの概略回路図である。 上述したモータを含む水ポンプを示す図である。 上述したモータを含むファンを示す図である。

[0036] 以下に、本開示の具体的な実施形態が図面と併せて詳しく説明され、本開示の技術的解決策及び他の有益な効果は明らかである。図面は参照及び説明のためにのみ与えられ、本開示を限定するために用いないことを理解されたい。図面中に示す寸法は、明確な説明を容易にするのみであり、比例する関係に限定されない。

[0037] 図１は、本開示の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に巻き付けたステータ巻線１６とを含む。ステータコアは、純鉄、鋳鉄、鋳鋼、電気的な鋼、ケイ素鋼のような軟磁性材料で作製することができる。ロータ１１は１つ又はそれよりも多い永久磁石を含む。ステータ巻線１６が交流出力電源に直列に接続された場合、ロータ１１は、定常状態段階では６０ｆ／ｐＲＰＭ(毎分回転数)の一定回転速度で作動し、ここでｆは交流出力電源の周波数であり、ｐはロータの極対の数である。実施形態では、ステータコア１２は、互いに向かい側にある２つの極１４を含む。各極１４は極円弧１５を含み、ロータ１１の外側面は極円弧１５の向かい側にあり、ロータ１１の外側面と極円弧１５との間に実質的に均一な空隙１３が形成される。本開示による「実質的に均一な空隙」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、ステータとロータの間のわずかな空間に不均一な空隙が形成されることを意味する。ステータの極の極円弧１５にくぼんだ始動溝１７が形成され、始動溝１７ではなく極円弧１５の一部がロータと同心であることが好ましい。上述した構成によれば、ロータが図１に示す休止位置にあるとき、不均一な磁界が形成されて、ロータの極軸線Ｓ１は、ステータの極１４の中央軸線Ｓ２に対して傾斜角を成し、駆動回路の作用の下でモータが通電される毎に、ロータは始動トルクを持つことができる。具体的には、「ロータの極軸線Ｓ１」は、極性が異なる２つの磁極間の境界を指し、「ステータの極１４の中央軸線Ｓ２」は、ステータの２つの極１４の中央点を通る接続線を指す。実施形態では、ステータ及びロータは両方とも２つの磁極を含む。ステータの磁極の数は、ロータの磁極の数と等しい必要はなく、他の実施形態ではステータ及びロータは、４つ又は６つの磁極のようなより多い磁極を有することを理解されたい。

[0038] 図２は、本開示の実施形態による、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と集積回路１８とは、交流出力電源２４の２つの端子間に直列に接続される。モータ用の駆動回路は集積回路１８に統合され、駆動回路は、モータをモータが通電される毎に一定方向に始動させる。

[0039] 図３は、集積回路１８を実行する方法を示す。集積回路は、ハウジング１９と、ハウジング１９から延び出た２本のピン２１と、ハウジング１９内にパッケージ化された駆動回路とを含む。駆動回路は半導体基板上に配置され、駆動回路は、モータのロータの磁界極性を検出するように構成された検出回路２０と、２本のピン２１にわたって接続された制御可能な双方向交流スイッチ２６と、制御可能な双方向交流スイッチ３０を制御するように構成され、検出回路２０によって検出されたロータの磁界極性に基づき、制御可能な双方向交流スイッチ３０をオン状態とオフ状態との間で予め設定された方法にて切り換えるスイッチ制御回路３０とを含む。

[0040] スイッチ制御回路３０は、交流電源２４が正の半周期にあり、ロータの磁界極性が第１の極性であることが検出回路２０によって検出される場合、又は交流電源２４が負の半周期にあり、ロータの磁界極性が第１の極性とは反対の第２の極性であることが検出回路２０によって検出される場合に、制御可能な双方向交流スイッチ２６をオンするように構成することが好ましい。構成により、モータの始動段階では、ステータ巻線１６は、ロータを一定方向にのみ引っ張ることが可能になる。

[0041] 図４は、集積回路１８を実行する方法を示す。図４は、図３と比べて、図４の集積回路は整流器２８をさらに含むという点で異なり、整流器２８は、２本のピン２１間に制御可能な双方向交流スイッチ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することができる。実施形態では、検出回路２０は、磁気センサ（位置センサとも呼ばれる）にできることが好ましく、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変化を感知できるようになっている。他の実施形態では、検出回路２０は磁気センサを含む必要がなく、ロータの磁界変化は他の方法で検出できることを理解されたい。本開示による実施形態では、モータ用の駆動回路は、集積回路内にパッケージ化されて、回路の費用を削減することができ、回路の信頼性を向上させることができる。さらに、モータはＰＣＢを含む必要がなく、モータは、集積回路を適切な位置に固定し、集積回路を、引込線を介して回線グループ及びモータの電源に接続する必要があるに過ぎない。

[0042] 本開示による実施形態では、２つのノードＡとノードＢとの間に、ステータ巻線１６及び交流電源２４が並列に接続される。交流電源２４は、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚのような一定周波数を持つ主交流電源とすることができ、供給電圧が例えば１１０Ｖ、２２０Ｖ又は２３０Ｖにできることが好ましい。制御可能な双方向交流スイッチ２６は、２つのノードＡとノードＢとの間に、直列に接続されたステータ巻線１６及び交流電源２４と並列に接続されることが好ましい。制御可能な双方向交流スイッチ２６は、トライアックとすることができ、その２つの陽極がそれぞれ２本のピン２１に接続されることが好ましい。制御可能な双方向交流スイッチ２６は、逆並列に接続された２つの一方向サイリスタを含むことができ、対応する制御回路は、２つの一方向サイリスタを予め設定された方法で制御するように配置できることを理解されたい。２本のピン２１間に、整流器２８と、制御可能な双方向交流スイッチ２６とが並列に接続される。２本のピン２１間の交流出力は、整流器２８によって低電圧直流出力に変換される。検出回路２０は、整流器２８によって低電圧直流出力を給電することができ、しかも同期モータ１０の永久磁石式ロータの磁極位置を検出して、対応する信号を出力するように構成できる。整流器２８、検出回路２０及び制御可能な双方向交流スイッチ２６に、スイッチ制御回路３０が接続され、制御可能な双方向交流スイッチ２６を制御してオン状態とオフ状態との間で予め設定された方法で切り換えるように構成される。この切換えは、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と、整流器２８からの交流電源２４の極性に基づき行い、ステータ巻線１６は、モータの始動段階中に、ロータを引っ張って上記一定の始動方向のみに回転させるようになっている。本開示によれば、制御可能な双方向交流スイッチ２６がオンされる場合、２本のピン２１は短絡し、整流器２８は、これを通って流れる電流が存在しないので電気エネルギを消費せず、従って、電気エネルギの利用効率は大幅に向上することができる。

[0043] 図５は、実施形態による図２に示したモータの電気回路を示す。モータのステータ巻線１６は、集積回路１８の２本のピン２１間に、交流電源２４と直列に接続される。２本のピン２１に、２つのノードＡ及びノードＢがそれぞれ接続される。トライアック２６の第１の陽極Ｔ２はノードＡに接続され、トライアック２６の第２の陽極Ｔ１はノードＢに接続される。２つのノードＡとノードＢとの間に、整流器２８がトライアック２６と並列に接続される。２つのノードＡとノードＢとの間の交流電力は、整流器２８によって低電圧直流電力（低電圧は、３Ｖから１８Ｖまでの範囲にあることが好ましい）に変換される。整流器２８は第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を含み、それらは、２つのノードＡとノードＢとの間に、それぞれ第１の抵抗Ｒ１及び第２の抵抗Ｒ２を介して逆並列に接続される。整流器２８の高電圧出力端子Ｃが、第１の抵抗Ｒ１と第１のツェナーダイオードＺ１の陰極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Ｒ２と第２のツェナーダイオードＺ２の陽極との接続点に形成される。位置センサ２０の正の電源端子に電圧出力端子Ｃが接続され、位置センサ２０の負の電源端子に低電圧出力端子Ｄが接続される。スイッチ制御回路３０の３つの端子が、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と制御可能な双方向ＡＣスイッチ２６の制御電極Ｇとの間に直列に接続された第４の抵抗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の陽極は、制御可能な双方向ＡＣスイッチ２６の制御電極Ｇに接続される。第３の抵抗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Ｒ３の他方の端子は、第５のダイオードＤ５の陽極に接続される。第５のダイオードＤ５の陰極は、制御可能な双方向ＡＣスイッチ２６の制御電極Ｇに接続される。

[0044] 図６を参照して、前述した回路の作動原理が説明される。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を通って流れる電流の波形を示す。ステータ巻線１６には誘導特性があるので、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つの端子間の電圧の波形を示し、Ｖｄｃは、整流器２８の２つの出力端子Ｃと出力端子Ｄと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からの信号の出力の波形を示し、Ｈｂは、位置センサ２０によって検出されるロータ磁界を示す。この実施形態では、位置センサ２０が正常に給電される場合、出力端子Ｈ１は、検出されたロータ磁界が北であれば論理高レベルを出力し、出力端子Ｈ１は、検出されたロータ磁界が南であれば論理低レベルを出力する。

[0045] 位置センサ２０によって検出されたロータ磁界Ｈｂが北である場合、交流電源の第１の正の半周期にて、供給電圧は、時刻ｔ０から時刻ｔ１までの時間に徐々に増加し、位置センサ２０の出力端子Ｈ１は高いレベルを出力し、電流は、順に、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ５及び制御電極Ｇ、並びにトライアック２６の第２の陽極Ｔ１を通って流れる。トライアック２６は、制御電極Ｇ及び第２の陽極Ｔ１を通って流れる駆動電流がゲートトリガ電流Ｉｇよりも大きい場合にオンする。トライアック２６のスイッチがオンすれば、２つのノードＡとノードＢとが短絡し、モータのステータ巻線１６を通って流れる電流は、大きい順電流がステータ巻線１６を通って流れるまで徐々に増加し、ロータ１４は、駆動されて例えば右回りに回転する。２つのノードＡとノードＢとは短絡するので、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間に整流器２８を通って流れる電流はない。従って、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は電気エネルギを消費せず、電源電圧がないために位置センサ２０の出力は停止する。トライアック２６の２つの陽極Ｔ１及び陽極Ｔ２を通って流れる十分に大きな電流（それはトライアック２６の保持電流Ｉ_holdよりも大きい）があるので、制御電極Ｇ及び第２の陽極Ｔ１を通って流れる電流がない場合、トライアック２６はオンに保たれる。交流電源の負の半周期では、時刻ｔ３の後、Ｔ１及びＴ２を通って流れる電流は保持電流Ｉ_holdよりも小さく、トライアック２６はオフし、電流が整流器２８を通って流れ始め、位置センサ２０の出力端子Ｈ１は再び高レベルを出力する。地点Ｃの電位が地点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の陽極Ｔ１を通って流れる駆動電流はなく、トライアック２６はオフに保たれる。整流器２８内の抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２の抵抗値がモータ内のステータ巻線１６の抵抗値よりもはるかに大きいので、現在ステータ巻線１６を通って流れる電流は、時刻ｔ１から時刻ｔ２までの時間にステータ巻線１６を通って流れる電流よりもはるかにより少なく、基本的にロータ１４のための駆動力はない。従って、ロータ１４は、慣性効果により右回りに回転し続ける。交流電源の第２の正の半周期では、第１の正の半周期と同様に、電流は、順次、抵抗Ｒ１、抵抗Ｒ３、ダイオードＤ５並びにトライアック２６の制御電極Ｇ及び第２の陽極Ｔ１を通って流れる。トライアック２６は再びオンし、ステータ巻線１６を通って流れる電流は、ロータ１４を駆動し続けて右回りに回転させる。同様に、２つのノードＡとノードＢとが短絡するので、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は、電気エネルギを消費しない。電源の負の半周期では、トライアック２６の２つの陽極Ｔ１及び陽極Ｔ２を流れる電流が保持電流Ｉ_holdよりも小さい場合、トライアック２６は再びオフし、ロータは慣性効果により右回りに回転し続ける。

[0046] 時刻ｔ４にて、位置センサ２０によって検出されるロータ磁界Ｈｂが北から南に変化し、交流電源は正の半周期にあり、トライアック２６はオンし、２つのノードＡとノードＢとは短絡し、整流器２８を通って流れる電流はない。交流電源が負の半周期にある後、トライアック２６の２つの陽極Ｔ１及びＴ２を通って流れる電流は徐々に減少し、トライアック２６は、時刻ｔ５にてオフする。すると、電流は、順に、トライアック２６の第２の陽極Ｔ１及び制御電極Ｇ、ダイオードＤ６、抵抗Ｒ４、位置センサ２０、抵抗Ｒ２及びステータ巻線１６を通って流れる。駆動電流が漸増するにつれて、トライアック２６は時刻ｔ６にて再びオンし、２つのノードＡとノードＢとは再び短絡し、抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２は電気エネルギを消費せず、電源電圧がないために位置センサ２０の出力は停止する。ステータ巻線１６を通って流れる大きな逆電流があり、ロータ磁界が南であるので、ロータ１４は右回りに駆動され続ける。時刻ｔ５から時刻ｔ６までの時間に、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はオンするので、整流器２８の２つの出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に電圧出力がある。時刻ｔ７にて、交流電源は再び正の半周期にあり、トライアック２６は、これを通って流れる電流がゼロ点と交差すればオフする。電圧が漸増するにつれて、電流が整流器２８を通って流れ始め、位置センサ２０の出力端子Ｈ１は低レベルを出力し、トライアック２６の制御電極Ｇ及び第２の陽極Ｔ１を通って流れる駆動電流はないので、トライアック２６はオフする。ステータ巻線１６を通って流れる電流が小さいので、ロータ１４用の駆動力は発生しない。時刻ｔ８にて、電源は正の半周期にあり、位置センサは低レベルを出力し、トライアック２６は、ゼロ点と交差した後はオフに保たれ、ロータは、慣性効果により右回りに回転し続ける。本開示によれば、ロータは、ステータ巻線に通電した後、１回転のみ回転させることによって加速されて、ステータの場と同期することができる。

[0047] 本開示の実施形態による回路を用いれば、モータは、通電される毎に同じ方向に始動して回転することが保証される。ファン及び水ポンプのような適用例では、ロータによって駆動されるインペラは、曲がった羽根を持ち得るので、ファン及び水ポンプの効率が向上する。さらに、本開示の実施形態では、トライアックはオンすると電流が流れないがオンに保たれるという、トライアックの特徴を生かすことによって、トライアックがオンした後にも、整流器２８内の抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２が依然として電気エネルギを消費するのが回避され、従って電気エネルギの利用効率は著しく向上する。

[0048] 図７は、実施形態による図２に示したモータの電気回路を示す。モータのステータ巻線１６は、集積回路１８の２本のピン２１間に、交流電源２４と直列に接続される。２つのノードＡ及びノードＢは、それぞれ、２本のピン２１に接続される。トライアック２６の第１の陽極Ｔ２はノードＡに接続され、トライアック２６の第２の陽極Ｔ１はノードＢに接続される。整流器２８は、２つのノードＡとノードＢとの間に、トライアック２６と並列に接続される。２つのノードＡとノードＢとの間の交流電力は、整流器２８によって低電圧直流電力に変換され、低電圧は３Ｖから１８Ｖまでの範囲にあることが好ましい。整流器２８は、第１の抵抗Ｒ１と、２つノードＡとノードＢとの間に直列に接続された全波ブリッジ整流器とを含む。第１の抵抗Ｒ１は、電圧降下器として用いることができ、全波ブリッジ整流器は、並列に接続された２つの整流器分岐を含むことができ、２つの整流器分岐の一方は、逆直列に接続された第１のダイオードＤ１及び第３のダイオードＤ３を含み、２つの整流器分岐の他方は、逆直列に接続された第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は、第１のダイオードＤ１の陰極と第３のダイオードＤ３の陰極との接続点に形成され、整流器２８の低電圧出力端子Ｄは、第２のツェナーダイオードＺ２の陽極と第４のツェナーダイオードＺ４の陽極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Ｒ３と、第４の抵抗Ｒ４と、位置センサ２０の出力端子Ｈ１と制御可能な双方向交流スイッチ２６の制御電極Ｇとの間に逆直列に接続された第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の陰極は、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の陰極は、制御可能な双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Ｒ３の他方の端子は、第５のダイオードＤ５の陽極と第６のダイオードＤ６の陽極との接続点に接続される。第４の抵抗Ｒ４の２つの端子が、それぞれ、第５のダイオードＤ５の陰極及び第６のダイオードＤ６の陰極に接続される。

[0049] 図８は、実施形態による図２に示したモータの電気回路を示す。実施形態は、先の実施形態と比べて、図７中のツェナーダイオードＺ２及びツェナーダイオードＺ４を、図８の整流器中の一般的なダイオードＤ２及びダイオードＤ４と取り換えるという点で異なる。さらに、図８において整流器２８の２つの出力端子Ｃと出力端子Ｄとの間に、電圧安定器としてのツェナーダイオードＺ７が接続される。

[0050] 図９は、実施形態による図２に示したモータの電気回路を示す。同期モータのステータ巻線１６は、集積回路１８の２本のピン２１間に交流電源２４と直列に接続される。２つのノードＡ及びノードＢが、それぞれ、２本のピン２１に接続される。トライアック２６の第１の陽極Ｔ２はノードＡに接続され、トライアック２６の第２の陽極Ｔ１はノードＢに接続される。整流器２８は、２つのノードＡとノードＢと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とノードＢとの間の交流電力は、整流器２８によって低電圧直流電力に変換され、低電圧は３Ｖから１８Ｖまでの範囲にあることが好ましい。整流器２８は、２つのノードＡとノードＢとの間に直列に接続された、第１の抵抗Ｒ１及び全波ブリッジ整流器を含む。第１の抵抗Ｒ１は電圧降下器として用いることができる。全波ブリッジ整流器は、並列に接続された２つの整流器分岐を含み、２つの整流器分岐の一方は、逆直列に接続された２つのシリコン制御整流器Ｓ１及びＳ３を含み、２つの整流器分岐の他方は、逆直列に接続された第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は、シリコン制御整流器Ｓ１の陰極とシリコン制御整流器Ｓ３の陰極との接続点に形成され、整流器２８の低電圧出力端子Ｄは、第２のダイオードＤ２の陽極と第４のダイオードＤ４の陽極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Ｒ３と、ＮＰＮトリオードＴ６と、位置センサ２０の出力端子Ｈ１と制御可能な双方向交流スイッチ２６の制御電極Ｇとの間に直列に接続された第４の抵抗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の陰極は、位置センサの出力端子Ｈ１に接続される。第３の抵抗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トリオードＴ６のベースは、位置センサの出力端子Ｈ１に接続され、ＮＰＮトリオードＴ６のエミッタは、第５のダイオードＤ５の陽極に接続され、ＮＰＮトリオード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。

[0051] この実施形態では、２つのシリコン制御整流器Ｓ１及びシリコン制御整流器Ｓ３の陰極に基準電圧が入力端子ＳＣ１を介して入力でき、Ｓ１及びＳ３を制御するために制御信号が端子ＳＣ２を介して入力できる。Ｓ１及びＳ３は、端子ＳＣ２からの制御信号入力が高レベルである場合にオンし、端子ＳＣ２からの制御信号入力が低レベルである場合にオフする。構成に基づいて、駆動回路が正常に動作する場合、Ｓ１及びＳ３は、端子ＳＣ２から高レベルを入力することによって、オン状態とオフ状態との間で予め設定された方法にて切り換わることができる。駆動回路が故障した場合、Ｓ１及びＳ３は、端子ＳＣ２からの制御信号入力を高レベルから低レベルに変化させることによってオフする。この場合、トライアック２６、整流器２８及び位置センサ２０は、オフして回路全体のゼロ出力状態を保証する。

[0052] 図１０は、本開示の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つの端子にわたって、集積回路１８と直列に接続される。集積回路１８にモータ用の駆動回路が統合され、モータに通電する毎に、駆動回路は、モータを一定方向に始動させる。本開示では、モータ用の駆動回路は、集積回路内にパッケージ化されるので、回路の費用を削減することができ、しかも回路の信頼性を向上させることができる。

[0053] 本開示では、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、制御可能な双方向交流スイッチの全て又は一部は、集積回路に統合することができる。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可能な双方向交流スイッチのみが集積回路に統合され、整流器は集積回路の外部に配置される。

[0054] 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及び制御可能な双方向交流スイッチ２６は集積回路の外部に配置され、整流器（それは整流器ブリッジのみを含み、電圧降下抵抗又は他の電圧降下構成部品を含まない）、検出回路及びスイッチ制御回路は、集積回路に統合される。実施形態では、低出力部は集積回路に統合され、高出力部としての電圧降下回路３２及び制御可能な双方向交流スイッチ２６は、集積回路の外部に配置される。図１２に示す実施形態では、電圧降下回路３２は集積回路に統合することができ、制御可能な双方向交流スイッチは集積回路の外部に配置される。

[0055] 図１３は、上述した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と、ポンプ室と連通する入口５６及び出口５８とを有するポンプハウジング５４と、ポンプ室に回転可能に配置されたインペラ６０と、インペラを駆動するように構成されたモータ構成部品とを含む。図１４は、上述したモータを用いるファンを示す。ファンは、モータの出力軸線を介して直接的に又は間接的に駆動されるインペラ７０を含む。

[0056] 本開示の実施形態による単相永久磁石式同期モータを用いれば、単相永久磁石式同期モータは、これが通電される毎に、一定方向に始動及び回転することが保証される。排気ファン及びレンジフードファンのようなファン、並びに循環ポンプ及び排水ポンプのような水ポンプへの適用例では、ロータによって駆動されるインペラが曲がった羽根を持ち得るので、ファン及び水ポンプの効率は向上する。

[0057] 上記実施形態は、本開示の好ましい実施形態に過ぎず、本開示の保護範囲を限定することを意図しない。本開示の本質及び原理内でなされるどのような変更、均等な置換又は改善も、全て本開示の保護範囲内に含まれる。例えば、本開示による駆動回路は、単相永久磁石式同期モータに応用されるだけでなく、単相ブラシレス直流モータのような他の形式の永久磁石モータにも応用される。

１０ 同期モータ
１１ ロータ
１２ ステータコア
１３ 空隙
１４ 極
１５ 極円弧
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
２４ 交流電源
２６ 制御可能な双方向交流スイッチ
３０ スイッチ制御回路

Claims (22)

1. モータ構成部品であって、モータと、交流（ＡＣ）電源によって給電される前記モータのための駆動回路とを備え、
   前記モータは、ステータと、前記ステータに対して回転可能なロータとを備え、前記ステータは、ステータコアと、前記ステータコアに巻き付けたステータ巻線とを備え、
   前記駆動回路は、集積回路と、前記集積回路に接続された制御可能な双方向交流スイッチとを備え、前記制御可能な双方向交流スイッチ及び前記ステータ巻線は、前記交流電源に接続するように構成された２つの端子間に直列に接続され、
   整流器、検出回路及びスイッチ制御回路のうちの少なくとも２つが前記集積回路に統合され、前記整流器は、少なくとも前記検出回路に供給される直流（ＤＣ）電圧を発生するように構成され、前記検出回路は、前記ロータの磁界極性を検出するように構成され、
   前記スイッチ制御回路は、前記制御可能な双方向交流スイッチを、前記交流電源の極性及び前記検出回路によって検出された前記永久磁石ロータの前記磁界極性に基づき制御して、オン状態とオフ状態との間で予め設定された方法にて切り換えるように構成される、ことを特徴とするモータ構成部品。
2. 前記スイッチ制御回路は、前記交流電源が正の半周期にあり、前記ロータの前記磁界極性が第１の極性であることが前記検出回路によって検出される場合、又は前記交流電源が負の半周期にあり、前記ロータの前記磁界極性が第１の極性とは反対の第２の極性であることが前記検出回路によって検出される場合に、前記制御可能な双方向交流スイッチをオンするように構成される、請求項１に記載のモータ構成部品。
3. 前記駆動回路は、前記整流器に接続された電圧降下器をさらに備える、請求項１に記載のモータ構成部品。
4. 前記整流器及び前記電圧降下器は、分岐を形成するために２つのノードにわたって接続され、前記制御可能な双方向交流スイッチは、前記分岐と並列に接続される、請求項１に記載のモータ構成部品。
5. 前記駆動回路は、前記直流電圧を安定させるように構成された電圧安定器をさらに備え、前記整流器、前記電圧降下器、前記電圧安定器、前記検出回路及び前記スイッチ制御回路は、前記集積回路に統合される、請求項３に記載のモータ構成部品。
6. 前記整流器は前記集積回路に統合され、前記電圧降下器は前記集積回路の外部に配置される、請求項３に記載のモータ構成部品。
7. 前記直流電圧を安定させるように構成された電圧安定器が、前記集積回路にさらに統合される、請求項６に記載のモータ構成部品。
8. 前記制御可能な双方向交流スイッチはトライアックである、請求項１から７の何れか１つに記載のモータ構成部品。
9. 前記検出回路は磁気センサを備え、前記集積回路は前記ロータの近くに設置され、前記磁気センサは、前記ロータの前記磁界極性及び前記磁界極性の変動を感知することができる、請求項１から７の何れか１つに記載のモータ構成部品。
10. 前記検出回路は磁気センサを備えない、請求項１から７の何れか１つに記載のモータ構成部品。
11. 前記駆動回路はマイクロプロセッサを備えない、請求項１から７の何れか１つに記載のモータ構成部品。
12. 該モータ構成部品はプリント基板（ＰＣＢ）を備えない、請求項１から７の何れか１つに記載のモータ構成部品。
13. 前記モータは単相永久磁石式同期モータであり、前記ロータは少なくとも１つの永久磁石を備え、前記ステータと前記永久磁石ロータとの間に不均一な磁気回路が形成され、前記永久磁石ロータが停止している場合、前記永久磁石ロータの極軸線は、前記ステータの中央軸線に対して角度をなしてずれており、前記ロータは、前記ステータ巻線が通電された後の定常状態段階中は６０ｆ／ｐｒｐｍの一定回転速度で作動し、ｆは前記交流出力電源の周波数であり、ｐは前記ロータの極対の数である、請求項１から７の何れか１つに記載のモータ構成部品。
14. モータを駆動するための集積回路であって、ハウジングと、前記ハウジングから延び出たピンと、半導体基板に配置されたスイッチ制御回路とを備え、
    前記半導体基板及び前記スイッチ制御回路は、前記ハウジング内にパッケージ化され、
    前記スイッチ制御回路は、双方向交流スイッチを制御するための制御信号を発生するように構成され、前記モータの前記ロータの磁界極性に基づき前記双方向交流スイッチをオン又はオフして、前記モータのための通電モードを制御する、ことを特徴とする集積回路。
15. 前記モータの前記ロータの磁界極性を検出するように構成された検出回路が、前記半導体基板にさらに統合される、請求項１４に記載の集積回路。
16. 前記検出回路に少なくとも供給される直流電圧を発生するように構成された整流器が、前記半導体基板にさらに統合される、請求項１５に記載の集積回路。
17. 前記直流電圧を安定させるように構成された電圧安定器が、前記半導体基板にさらに統合される、請求項１６に記載の集積回路。
18. 前記制御可能な双方向交流スイッチは、前記ハウジング内にパッケージ化される、請求項１４に記載の集積回路。
19. 前記集積回路はマイクロプロセッサを備えない、請求項１４に記載の集積回路。
20. 前記集積回路のピンの本数は４本よりも少ない、請求項１４から１９の何れか１つに記載の集積回路。
21. ポンプであって、ポンプ室と、前記ポンプ室と連通する入口及び出口とを有するポンプハウジングと、前記ポンプ室内に回転可能に配置されたインペラと、前記インペラを駆動するように構成されたモータ構成部品とを備え、
    前記モータ構成部品は、請求項１から１３の何れか１つに記載の特徴を有する、ことを特徴とするポンプ。
22. ファンであって、インペラと、前記インペラを駆動するように構成されたモータ構成部品とを備え、
    前記モータ構成部品は、請求項１から１３の何れかの１つに記載の特徴を有する、ことを特徴とするファン。