(57)【要約】  モータのコイルに接続されるＨブリッジ回路と、前記モータのロータ位置を示すホール信号を矩形信号に変換するコンパレータと、前記モータのコイルの通電時間を規定するパルス信号を生成するパルス幅変調器とを備えたモータの駆動回路であって、前記パルス幅変調器は、前記モータの起動開始後、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後デューティ比を前記モータの回転数に応じた所定値に切り換える第１モードと、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定し続ける第２モードと、外部から入力される制御信号にもとづいて、前記パルス信号の周波数およびデューティ比を設定する第３モードと、を切り換え可能に構成することにより、モータの起動時間を短縮可能とした。。
2008026319.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動対象となるモータのコイルに接続されるＨブリッジ回路と、
前記モータのロータの位置情報を示すホール信号を受け、矩形信号に変換するコンパレータと、
前記モータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号および前記矩形信号にもとづき、前記Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバと、
を備え、
前記パルス変調器は、
前記モータの起動開始後、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、デューティ比を、前記モータの回転数に応じた所定値に切り換える第１モードと、
前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定し続ける第２モードと、
外部から入力されるパルス状の制御信号にもとづいて、前記パルス信号の周波数およびデューティ比を設定する第３モードと、
が切り換え可能に構成されることを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項２】
前記パルス変調器には、外部から入力される制御信号が入力されており、制御信号の電圧レベルに応じて動作モードが切り換えられ、
前記制御信号が、第１レベルのとき、前記第１モードに設定され、前記制御信号が前記第１レベルとは異なる第２レベルのとき、前記第２モードに設定され、前記制御信号がパルス状に入力されるとき、前記第３モードに設定されることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
【請求項３】
前記パルス変調器に入力される前記制御信号は、パルス状に入力される際に、
前記第１レベルおよび前記第２レベルと異なる第３レベルと、
前記第１、第２レベルのいずれか一方と、
を所定の周波数およびデューティ比で交互に繰り返すことを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
【請求項４】
前記パルス変調器に入力される前記制御信号は、パルス状に入力される際に、前記第３レベルと前記第２レベルとを交互に繰り返し、
前記パルス変調器は、前記制御信号が前記第３レベルのとき、前記モータのコイルに通電し、前記第２レベルのとき、前記モータが回生するように、前記パルス信号の論理値を設定することを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動回路。
【請求項５】
前記第３レベルは、前記第１レベルと第２レベルの中間レベルであることを特徴とする請求項３または４に記載のモータ駆動回路。
【請求項６】
前記パルス変調器は、
前記第１モードにおいて、前記モータの起動開始から所定の期間、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
【請求項７】
前記パルス変調器は、
前記第１モードにおいて、前記モータの起動開始後、前記モータの回転数が所定値に達するまでの期間、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
【請求項８】
駆動対象となるモータのコイルに接続された複数のトランジスタを含み、これらのトランジスタをスイッチング動作させることにより前記コイルに供給する電力を調節するスイッチング回路と、
前記モータのロータの位置を検出し、検出した位置に応じたＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）信号を生成する少なくともひとつのコンパレータと、
少なくとも、前記ＦＧ信号にもとづき、前記スイッチング回路を駆動するプリドライバと、
外部から入力される制御信号にもとづき、本回路の駆動モードを切り換えるセレクタと、
を備え、前記セレクタは、
前記制御信号がＤＣ信号の場合、その内部で予め設定された駆動方式で前記モータを駆動し、前記制御信号がパルス信号の場合、前記制御信号にもとづいたパルス変調方式によって前記モータを駆動することを特徴とするモータ駆動回路。
【請求項９】
１つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１から４または８のいずれかに記載のモータ駆動回路。
【請求項１０】
振動モータと、
前記振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を出力するホール素子と、
前記ホール信号にもとづき、前記振動モータを駆動する請求項１から４または８のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とするモータユニット。
【請求項１１】
基地局と通信する通信部と、
請求項１０に記載のモータユニットと、
を備え、
前記通信部は、前記基地局からの着信があったとき、前記モータユニットに、前記振動モータの回転を指示することを特徴とする電子機器。
【請求項１２】
駆動対象のモータのロータの位置情報を示すホール信号を、矩形信号に変換するステップと、
前記矩形信号にもとづき、前記モータのコイルに接続されたＨブリッジ回路を構成するトランジスタのうち、対角に配置された２組のトランジスタ対のいずれの組を駆動するかを選択するステップと、
異なる３つのモードのうち、選択されたモードで、パルス信号を生成するステップと、
選択されたトランジスタ対を、前記パルス信号にもとづいて駆動するステップと、
を備え、
前記パルス信号を生成するステップは、
第１モードにおいて、前記モータの起動開始後、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、デューティ比を前記モータの回転数に応じた所定値に設定し、
第２モードにおいて、デューティ比を１００％に設定し続け、
第３モードにおいて、外部から入力されるパルス状の制御信号にもとづいて、前記パルス信号の周波数およびデューティ比を設定することを特徴とするモータの駆動方法。
【請求項１３】
駆動対象のモータのロータの位置を検出し、検出した位置に応じたＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）信号を生成するステップと、
少なくとも、ＦＧ信号にもとづき、駆動対象となるモータのコイルに接続された複数のトランジスタのオン、オフ状態を制御して前記モータのコイルに供給する電力を調節する駆動ステップと、
外部から入力される制御信号にもとづき、本回路の駆動モードを切り換えるセレクトステップと、
を備え、前記駆動ステップは、
前記制御信号がＤＣ信号の場合、予め設定された駆動方式で前記モータを駆動し、前記制御信号がパルス信号の場合、前記パルス信号にもとづいたパルス変調方式によって前記モータを駆動することを特徴とするモータの駆動方法。
【請求項１４】
振動モータの駆動回路であって、
駆動対象となる前記振動モータのコイルに接続されるＨブリッジ回路と、
前記振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を受け、矩形信号に変換するコンパレータと、
前記振動モータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号および前記矩形信号にもとづき、前記Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバと、
を備え、
前記パルス変調器は、
前記振動モータの起動開始後、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、デューティ比を、前記振動モータの回転数に応じた所定値に切り換えることを特徴とする駆動回路。
【請求項１５】
前記パルス変調器は、
前記振動モータの起動開始から所定の期間、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定することを特徴とする請求項１４に記載の駆動回路。
【請求項１６】
前記パルス変調器は、
前記パルス信号のデューティ比を前記振動モータの回転数に応じた所定値に設定するためのオシレータと、前記所定の期間を測定するためのオシレータと、を共有することを特徴とする請求項１５に記載の駆動回路。
【請求項１７】
前記パルス変調器は、
前記振動モータの起動開始後、前記振動モータの回転数が所定値に達するまでの期間、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定することを特徴とする請求項１４に記載の駆動回路。
【請求項１８】
１つの半導体基板上に一体集積化されたことを特徴とする請求項１４から１７のいずれかに記載の駆動回路。
【請求項１９】
振動モータと、
前記振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を出力するホール素子と、
前記ホール信号にもとづき、前記振動モータを駆動する請求項１４から１７のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とするモータユニット。
【請求項２０】
基地局と通信する通信部と、
請求項１９に記載のモータユニットと、
を備え、
前記通信部は、前記基地局からの着信があったとき、前記モータユニットに、前記振動モータの回転を指示することを特徴とする電子機器。
【請求項２１】
振動モータの駆動方法であって、
前記振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を、矩形信号に変換するステップと、
前記振動モータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するステップと、
前記振動モータの起動開始後、デューティ比が１００％であり、その後、前記振動モータの回転数に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するステップと、
前記矩形信号にもとづき、前記振動モータのコイルに接続されたＨブリッジ回路を構成するトランジスタのうち、対角に配置された２組のトランジスタ対のいずれの組を駆動するかを選択するステップと、
選択されたトランジスタ対を、前記パルス信号にもとづいて駆動するステップと、
を備えることを特徴とする駆動方法。
【請求項２２】
ファンモータの駆動回路であって、
駆動対象となる前記ファンモータのコイルに接続されるＨブリッジ回路と、
前記ファンモータのロータの位置情報を示すホール信号を受け、矩形信号に変換するコンパレータと、
前記ファンモータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するパルス変調器と、
前記パルス信号および前記矩形信号にもとづき、前記Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバと、
を備え、
前記パルス変調器は、
前記ファンモータの起動開始後、前記パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、前記ファンモータの回転数に応じたデューティ比に切り換えることを特徴とする駆動回路。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ駆動技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話端末やポケットベル（ページャ）などの電子機器には、ユーザに着信を知らせるために、振動モータが搭載される。この振動モータは、回転軸に偏心したおもりが接続され、ロータを回転させることにより、電子機器を振動させる。こうした振動モータは、負荷として接続されるおもりが偏心しているため、振動モータ専用の駆動回路（以下、単に振動モータ駆動回路という）が利用される。特許文献１、２には、関連技術が記載される。【０００３】
【特許文献１】特開２００４−６４８０２号公報
【特許文献２】特開平７−２２７０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
振動モータには、ブラシ付きモータとブラシレスモータが存在するが、ブラシレスモータを駆動する場合には、ホール素子によってモータのロータ位置を検出し、Ｈブリッジ回路でモータのコイルの通電状態を制御する。ブラシレスモータは、ブラシ付きモータに比べて小型、長寿命であるという利点を有するが、偏心したおもりによってロータが重くなるため、起動に時間がかかるという問題があった。【０００５】
もし、起動を早くしようとする場合、モータの駆動電圧、すなわち電源電圧を上昇させるか、あるいはモータのインピーダンスを切り換えて、駆動電流を増加させる手法が考えられるが、これらの手法では、消費電力が増加するため、電池駆動型の電子機器においては、好ましくない。【０００６】
本発明は係る課題に鑑みてなされたものであり、その目的のひとつは、振動モータを短時間で起動可能なモータ駆動技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
１．  上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータ駆動回路は、駆動対象となるモータのコイルに接続されるＨブリッジ回路と、モータのロータの位置情報を示すホール信号を受け、矩形信号に変換するコンパレータと、モータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号および矩形信号にもとづき、Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバと、を備える。パルス変調器は、モータの起動開始後、パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、デューティ比を、モータの回転数に応じた所定値に切り換える第１モードと、パルス信号のデューティ比を１００％に設定し続ける第２モードと、外部から入力されるパルス状の制御信号にもとづいて、パルス信号の周波数およびデューティ比を設定する第３モードと、が切り換え可能に構成される。【０００８】
この態様によると、第１モードを利用することで、モータの起動時間が短縮でき、第２モードを利用することで、Ｈブリッジ回路に供給される電源電圧に応じた回転制御が実現できる。また、第３モードを利用することで、パルス信号のデューティ比や周波数を外部から自由に設定することができるため、パラメータの最適化を行い、起動時間をさらに短縮することができる。【０００９】
パルス変調器には、外部から入力される制御信号が入力されており、制御信号の電圧レベルに応じて動作モードが切り換えられてもよい。この場合、制御信号が、第１レベルのとき、第１モードに設定され、制御信号が第１レベルとは異なる第２レベルのとき、第２モードに設定され、制御信号がパルス状に入力されるとき、第３モードに設定されてもよい。【００１０】
パルス変調器に入力される制御信号は、パルス状に入力される際に、第１レベルおよび第２レベルと異なる第３レベルと、第１、第２レベルのいずれか一方と、を所定の周波数およびデューティ比で交互に繰り返してもよい。
異なる３つのレベルを利用することにより、ひとつの信号で、３つのモードを切り換えるとともに、第３モードにおいては、制御信号に応じたパルス信号を生成することができる。【００１１】
パルス変調器に入力される制御信号は、パルス状に入力される際に、第３レベルと第２レベルと、を交互に繰り返してもよい。パルス変調器は、第３レベルのとき、モータのコイルに通電し、第２レベルのとき、モータが回生するように、パルス信号の論理値を設定してもよい。
この場合、制御信号の第２レベルは、第２モードと第３モードで利用されることになり、いずれのモードでも、制御信号が第２レベルの期間は、モータのコイルの通電時間に対応するため、回路を簡素化することができる。【００１２】
第３レベルは、第１レベルと第２レベルの中間レベルであってもよい。【００１３】
パルス変調器は、第１モードにおいて、モータの起動開始から所定の期間、パルス信号のデューティ比を１００％に設定してもよい。この場合、所定の期間を調節することにより、起動動作を最適化することができる。【００１４】
パルス変調器は、第１モードにおいて、モータの起動開始後、モータの回転数が所定値に達するまでの期間、パルス信号のデューティ比を１００％に設定してもよい。この場合、所定値を調節することにより、起動動作を最適化することができる。【００１５】
本発明の別の態様のモータ駆動回路は、駆動対象となるモータのコイルに接続された複数のトランジスタを含み、これらのトランジスタをスイッチング動作させることによりコイルに供給する電力を調節するスイッチング回路と、モータのロータの位置を検出し、検出した位置に応じたＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）信号を生成する少なくともひとつのコンパレータと、少なくとも、ＦＧ信号にもとづき、スイッチング回路を駆動するプリドライバと、外部から入力される制御信号にもとづき、本回路の駆動モードを切り換えるセレクタと、を備える。セレクタは、制御信号がＤＣ信号の場合、その内部で予め設定された駆動方式で前記モータを駆動し、制御信号がパルス信号の場合、制御信号にもとづいたパルス変調方式によってモータを駆動する。【００１６】
駆動回路は、１つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。駆動回路を１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。【００１７】
本発明の別の態様は、モータユニットである。このモータユニットは、振動モータと、振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を出力するホール素子と、ホール信号にもとづき、振動モータを駆動する上述の駆動回路と、を備える。【００１８】
この態様によると、モータの起動時間を短縮することができる。【００１９】
本発明のさらに別の態様は、電子機器である。この電子機器は、基地局と通信する通信部と、上述のモータユニットと、を備える。通信部は、基地局からの着信があったとき、モータユニットに、振動モータの回転を指示する。【００２０】
この態様によると、着信があると、直ちに振動モータの回転が開始するため、ユーザが電子機器の振動を感知し、着信を認識するまでの時間を短縮することができる。【００２１】
本発明のさらに別の態様は、モータの駆動方法である。この方法は、駆動対象のモータのロータの位置情報を示すホール信号を、矩形信号に変換するステップと、矩形信号にもとづき、モータのコイルに接続されたＨブリッジ回路を構成するトランジスタのうち、対角に配置された２組のトランジスタ対のいずれの組を駆動するかを選択するステップと、異なる３つのモードのうち、選択されたモードで、パルス信号を生成するステップと、選択されたトランジスタ対を、パルス信号にもとづいて駆動するステップと、を備える。パルス信号を生成するステップは、第１モードにおいて、モータの起動開始後、パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、デューティ比をモータの回転数に応じた所定値に設定し、第２モードにおいて、デューティ比を１００％に設定し続け、第３モードにおいて、外部から入力されるパルス状の制御信号にもとづいて、パルス信号の周波数およびデューティ比を設定する。【００２２】
本発明の別の態様も、モータ駆動方法に関する。この駆動方法は、駆動対象のモータのロータの位置を検出し、検出した位置に応じたＦＧ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）信号を生成するステップと、少なくとも、ＦＧ信号にもとづき、駆動対象となるモータのコイルに接続された複数のトランジスタのオン、オフ状態を制御してモータのコイルに供給する電力を調節する駆動ステップと、外部から入力される制御信号にもとづき、本回路の駆動モードを切り換えるセレクトステップと、を備える。駆動ステップは、制御信号がＤＣ信号の場合、予め設定された駆動方式で前記モータを駆動し、制御信号がパルス信号の場合、パルス信号にもとづいたパルス変調方式によってモータを駆動する。【００２３】
２．  本発明のある態様によれば、振動モータの駆動回路が提供される。この駆動回路は、駆動対象となる振動モータのコイルに接続されるＨブリッジ回路と、振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を受け、矩形信号に変換するコンパレータと、振動モータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号および矩形信号にもとづき、Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバと、を備える。パルス変調器は、振動モータの起動開始後、パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、振動モータの回転数に応じたデューティ比に切り換える。【００２４】
この態様によると、モータの起動開始直後は、デューティ比を１００％に設定してフル駆動し、ある程度回転数が上昇した後に、パルス信号によりスイッチング駆動することにより、起動時間を短縮することができる。【００２５】
パルス変調器は、振動モータの起動開始から所定の期間、パルス信号のデューティ比を１００％に設定してもよい。この場合、所定の期間を調節することにより、起動動作を最適化することができる。【００２６】
さらに、パルス信号のデューティ比を振動モータの回転数に応じた所定値に設定するためのオシレータと、所定の期間を測定するためのオシレータと、を共有してもよい。この場合、回路を簡素化することができる。【００２７】
パルス変調器は、振動モータの起動開始後、振動モータの回転数が所定値に達するまでの期間、パルス信号のデューティ比を１００％に設定してもよい。この場合、所定値を調節することにより、起動動作を最適化することができる。【００２８】
駆動回路は、１つの半導体基板上に一体集積化されてもよい。「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。駆動回路を１つのＬＳＩとして集積化することにより、回路面積を削減することができる。【００２９】
本発明の別の態様は、モータユニットに関する。このモータユニットは、振動モータと、振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を出力するホール素子と、ホール信号にもとづき、振動モータを駆動する上述の駆動回路と、を備える。【００３０】
本発明の別の態様は、電子機器に関する。この電子機器は、基地局と通信する通信部と、上述のモータユニットと、を備える。通信部は、基地局からの着信があったとき、モータユニットに、振動モータの回転を指示する。
この態様によると、着信があると、振動モータの回転数が、短時間で所定の値に達するため、ユーザが電子機器の振動を感知し、着信を認識するまでの時間を短縮することができる。【００３１】
本発明のさらに別の態様によれば、振動モータの駆動方法が提供される。モータ駆動方法は、振動モータのロータの位置情報を示すホール信号を、矩形信号に変換するステップと、振動モータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するステップと、振動モータの起動開始後、デューティ比が１００％であり、その後、振動モータの回転数に応じたデューティ比を有するパルス信号を生成するステップと、矩形信号にもとづき、振動モータのコイルに接続されたＨブリッジ回路を構成するトランジスタのうち、対角に配置された２組のトランジスタ対のいずれの組を駆動するかを選択するステップと、選択されたトランジスタ対を、パルス信号にもとづいて駆動するステップと、を備える。【００３２】
この態様によると、モータの起動開始直後は、デューティ比を１００％に設定してフル駆動し、ある程度回転数が上昇した後に、パルス信号によりスイッチング駆動することにより、起動時間を短縮することができる。【００３３】
本発明のさらに別の態様は、モータ駆動回路である。このモータ駆動回路は、ファンモータの駆動回路であって、駆動対象となるファンモータのコイルに接続されるＨブリッジ回路と、ファンモータのロータの位置情報を示すホール信号を受け、矩形信号に変換するコンパレータと、ファンモータのコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号を生成するパルス変調器と、パルス信号および矩形信号にもとづき、Ｈブリッジ回路を駆動するプリドライバと、を備える。パルス変調器は、ファンモータの起動開始後、パルス信号のデューティ比を１００％に設定し、その後、ファンモータの回転数に応じたデューティ比に切り換える。【００３４】
なお、以上の構成要素の任意の組合せや本発明の構成要素や表現を、方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００３５】
本発明のある態様によれば、モータを短時間で起動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る振動モータおよびそれを駆動するための駆動回路を含むモータユニットの構成を示す回路図である。
【図２】図１のモータ駆動回路の動作状態を示すタイムチャートである。
【図３】図１のモータ駆動回路の回転数および出力電流を示すタイムチャートである。
【図４】図１のモータ駆動回路の別の動作状態を示すタイムチャートである。
【図５】本発明の第２の実施の形態に係る振動モータおよびそれを駆動するためのモータ駆動回路を含むモータユニットの構成を示す回路図である。
【図６】図５のモータ駆動回路の動作状態を示すタイムチャートである。
【図７】図５のモータ駆動回路の出力電流および回転数を示すタイムチャートである。
【符号の説明】
【００３７】
１・・・振動モータ、２・・・モータユニット、３・・・ホール素子、１０・・・Ｈブリッジ回路、１２・・・コンパレータ、１４・・・パルス幅変調器、１６・・・駆動信号生成部、１８・・・デッドタイム生成部、２０・・・プリドライバ、２２・・・オシレータ、２４・・・デューティ設定部、２６・・・フルオンタイム設定部、２８・・・セレクタ、３０・・・３ステートコンパレータ、１００・・・モータ駆動回路、ＳＨ１・・・第１ハイサイド駆動信号、ＳＨ２・・・第２ハイサイド駆動信号、ＳＬ１・・・第１ローサイド駆動信号、ＳＬ２・・・第２ローサイド駆動信号、ＭＨ１・・・第１ハイサイドトランジスタ、ＭＬ１・・・第１ローサイドトランジスタ、ＭＨ２・・・第２ハイサイドトランジスタ、ＭＬ２・・・第２ローサイドトランジスタ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。【００３９】
本発明の実施の形態は、携帯電話端末等の電子機器に搭載される振動モータの駆動技術に関する。こうした電子機器には、基地局と通信する通信部が搭載され、基地局からの着信があったときに、振動モータを回転させることにより、ユーザに着信を認識させる。【００４０】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る振動モータ１およびそれを駆動するためのモータ駆動回路１００を含むモータユニット２の構成を示す回路図である。モータユニット２は、振動モータ１、ホール素子３、モータ駆動回路１００を備え、ひとつのパッケージを構成する。【００４１】
振動モータ１は、ロータ軸に偏心したおもりが付けられたブラシレスモータであり、コイルの両端子Ｐ１、Ｐ２に、外部から電圧を印加可能に形成される。ホール素子３は、振動モータ１のロータの位置情報を示すホール信号Ｈ＋、Ｈ−を出力する。ホール信号Ｈ＋、Ｈ−は、互いに逆相となる周期信号であり、振動モータ１の回転数に応じた周波数を有している。【００４２】
モータ駆動回路１００は、ホール素子３から出力されるホール信号Ｈ＋、Ｈ−にもとづき、振動モータ１の駆動相を決定し、コイルに供給する電力、すなわちコイルに流す電流の大きさおよびその向きを制御して駆動する。モータ駆動回路１００は、一つの半導体基板上に機能ＩＣとして一体集積化されている。【００４３】
モータ駆動回路１００は、Ｈブリッジ回路１０、コンパレータ１２、パルス幅変調器１４、駆動信号生成部１６、デッドタイム生成部１８、プリドライバ２０を備える。【００４４】
Ｈブリッジ回路１０は、駆動対象となる振動モータ１の端子Ｐ１、Ｐ２に接続される。Ｈブリッジ回路１０は、内部のトランジスタのオンオフに応じて、振動モータ１のコイルに供給する電力を制御するスイッチング回路である。Ｈブリッジ回路１０は、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２を含む。このＨブリッジ回路１０は、振動モータ１を駆動するための出力段に相当する。第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１は、電源電圧端子Ｐ３と接地端子ＧＮＤ間に直列に接続される。同様に、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第２ローサイドトランジスタＭＬ２も、電源電圧端子Ｐ３と接地端子ＧＮＤ間に直列に接続される。本実施の形態において、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴである。また、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである。これらのトランジスタは、すべてＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよいし、あるいは、バイポーラトランジスタであってもよい。【００４５】
第１ハイサイドトランジスタＭＨ１と第１ローサイドトランジスタＭＬ１の接続点の第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１は、振動モータ１の第１端子Ｐ１に印加される。
第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１のオンオフ状態は、各トランジスタのゲートに印加される第１ハイサイド駆動信号ＳＨ１、第１ローサイド駆動信号ＳＬ１によって制御される。第１ハイサイドトランジスタＭＨ１がオンのとき、第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１は電源電圧Ｖｄｄとなり、第１ローサイドトランジスタＭＬ１がオンのとき、第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１は接地電位（０Ｖ）となる。【００４６】
同様に、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２と第２ローサイドトランジスタＭＬ２の接続点の第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２は、振動モータ１の第２端子Ｐ２と接続される。第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第２ローサイドトランジスタＭＬ２のオンオフ状態は、各トランジスタのゲートに印加される第２ハイサイド駆動信号ＳＨ２、第２ローサイド駆動信号ＳＬ２によって制御される。【００４７】
本実施の形態では、Ｈブリッジ回路１０を構成するトランジスタのうち、ローサイドトランジスタＭＬ１、ＭＬ２を固定的にオン、もしくはオフとし、ハイサイドトランジスタＭＨ１、ＭＨ２をパルス信号Ｓｐｗｍにもとづいてスイッチング駆動する。当然ながら、別の実施の形態では、ハイサイドトランジスタＭＨ１、ＭＨ２に代えて、ローサイドトランジスタＭＬ１、ＭＬ２をパルス信号Ｓｐｗｍにもとづいてスイッチング駆動してもよい。さらに別の実施の形態では、対角に位置するスイッチングトランジスタの両方を、パルス信号Ｓｐｗｍにもとづき、同期整流方式にてスイッチング駆動してもよい。【００４８】
コンパレータ１２は、振動モータ１のロータの位置情報を示すホール信号Ｈ＋、Ｈ−を受け、その電圧比較を行うことにより、矩形信号であるＦＧ信号Ｓ＿ＦＧに変換する。コンパレータ１２は、必要に応じて、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−を増幅した後に、電圧比較を行ってもよい。【００４９】
パルス幅変調器１４は、振動モータ１のコイルの通電時間を規定するパルス信号Ｓｐｗｍを生成する。本実施の形態に係るモータ駆動回路１００の特徴のひとつとして、パルス幅変調器１４は、第１モードから第３モードの３つのモードで動作可能に構成される点が挙げられる。
【００５０】
第１モードでは、振動モータ１の起動開始後、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を１００％に設定し、その後、デューティ比を、モータの回転数に応じた所定値に切り換える。すなわち、第１モードでは、モータ駆動回路１００は、デューティ比１００％のパルス信号Ｓｐｗｍで駆動するフルオンタイム駆動と、デューティ比が目標トルク（回転数）に応じて設定されるＰＷＭ駆動と、を切り換える。第１モードは、振動モータ１を高速に起動するためのモードであり、高速起動モードともいう。【００５１】
第２モードでは、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を１００％に設定し続ける。すなわち、第２モードでは、起動開始から定常駆動中まで、一貫してフルオンタイム駆動が行われる。第２モードをフルオンタイム駆動モードともいう。【００５２】
第３モードでは、外部から入力されるパルス状の制御信号にもとづいて、パルス信号Ｓｐｗｍの周波数およびデューティ比を設定する。すなわち、パルス信号Ｓｐｗｍの周波数およびデューティ比は、制御信号Ｓｃｎｔのそれらと等しくなる。第３モードを、外部パルス駆動モードともいう。【００５３】
ここで、第２モードと第３モードを組み合せることにより、第１モードと同等の機能が実現される点に着目すべきである。すなわち、起動開始後、ある一定時間、第２モードで駆動し、その後、第３モードに切り換えることにより、起動直後は、フルオンタイムで駆動することができ、その後、パルス状の制御信号の周波数およびデューティ比で、振動モータ１を駆動することができる。【００５４】
また、実施の形態に係るモータ駆動回路１００の別の特徴として、モードを選択するための制御信号と、第３モードにおいて、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比および周波数を設定するための制御信号が同一の信号となっている。【００５５】
パルス幅変調器１４には、外部から入力される制御信号Ｓｃｎｔが入力されており、制御信号Ｓｃｎｔの電圧レベルに応じて動作モードが切り換えられる。具体的には、制御信号Ｓｃｎｔが、ハイレベル（第１レベル）のとき、第１モードに設定され、制御信号Ｓｃｎｔが第１レベルとは異なるローレベル（第２レベル）のとき、第２モードに設定される。また、制御信号Ｓｃｎｔがパルス状に入力されるとき、第３モードに設定される。【００５６】
制御信号Ｓｃｎｔが、パルス状に入力される場合、制御信号Ｓｃｎｔは、第３レベルと、第１、第２レベルのいずれか一方と、を交互に繰り返す。第３レベルは、第１レベルおよび第２レベルと異なるレベルであり、本実施の形態では、中間レベルである。第３モードにおいて、パルスの振幅を、第１、第２レベルと異なる中間レベルとすることにより、制御信号Ｓｃｎｔによって指示されたモードを確実に識別し、そのモードに切り換えることができる。【００５７】
本実施の形態において、制御信号Ｓｃｎｔは、第３モードにおいて、中間レベルと、第２レベルを交互に繰り返すパルス信号である。パルス幅変調器１４は、制御信号Ｓｃｎｔが中間レベル（第３レベル）のとき、振動モータ１のコイルに通電し、ローレベル（第２レベル）のとき、モータが回生するように、パルス信号Ｓｐｗｍの論理値を設定する。【００５８】
以下、パルス幅変調器１４の構成について説明する。パルス幅変調器１４は、オシレータ２２、デューティ設定部２４、フルオンタイム設定部２６、セレクタ２８、３ステートコンパレータ３０を含む。【００５９】
オシレータ２２、デューティ設定部２４、フルオンタイム設定部２６は、第１モードに使用される信号Ｓ１を生成するために設けられる。オシレータ２２は、所定の周波数のパルス信号Ｓｏｓｃを生成する。デューティ設定部２４は、オシレータ２２から出力されるパルス信号Ｓｏｓｃを利用して、所定のデューティ比を有するパルス信号Ｓ１を生成する。フルオンタイム設定部２６は、オシレータ２２からのパルス信号Ｓｏｓｃを利用して、所定の起動時間Ｔｓを測定する。フルオンタイム設定部２６は、起動開始から起動時間Ｔｓが経過するまでの間、パルス信号Ｓ１のレベルを固定し、デューティ比を１００％に設定する。
その結果、パルス信号Ｓ１は、起動開始から起動時間Ｔｓの経過前までは、ハイレベルとなり、その後、デューティ比が所定値となるパルス信号となる。【００６０】
具体的な信号処理の例としては、フルオンタイム設定部２６は、起動開始から起動時間Ｔｓが経過するまでの期間、ハイレベルとなる信号を出力し、その後、ローレベルに遷移する信号を出力する。一方、デューティ設定部２４は、デューティ比が所定値のパルス信号を出力し続ける。フルオンタイム設定部２６およびデューティ設定部２４の論理和の信号は、上述した特性を有するパルス信号Ｓ１となる。【００６１】
また、デューティ設定部２４から出力されるパルス信号と、ハイレベルが持続するＤＣ信号と、が入力されたセレクタを用意し、起動時間Ｔｓが経過したことを契機として、フルオンタイム設定部２６がセレクタを切り換えてもよい。【００６２】
なお、本実施の形態では、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を設定するためのオシレータを、所定の起動期間Ｔｓを測定するためのオシレータと共有している。【００６３】
３ステートコンパレータ３０には、制御信号Ｓｃｎｔが入力される。３ステートコンパレータ３０は、制御信号Ｓｃｎｔの電圧レベルを判定し、パルス幅変調器１４の動作モードを切り換える。【００６４】
セレクタ２８には、少なくとも、デューティ設定部２４およびフルオンタイム設定部２６により生成されたパルス信号Ｓ１が入力されている。本実施の形態では、さらにハイレベル電圧ＶＨとローレベル電圧ＶＬが入力されている。【００６５】
以下、制御信号Ｓｃｎｔと動作モードの関係を詳細に説明する。
３ステートコンパレータ３０に、制御信号Ｓｃｎｔがハイレベル（第１レベル）で固定的に入力される場合には、パルス幅変調器１４を第１モードに設定する。このとき、３ステートコンパレータ３０は、セレクタ２８に、パルス信号Ｓ１を選択させる。【００６６】
３ステートコンパレータ３０に、ローレベル（第２レベル）の制御信号Ｓｃｎｔが固定的に入力される場合には、パルス幅変調器１４を第２モードに設定する。このとき、３ステートコンパレータ３０は、セレクタ２８に、ハイレベル電圧ＶＨを選択させる。その結果、セレクタ２８の出力信号、すなわちパルス信号Ｓｐｗｍは、起動直後から継続的にハイレベルとなるＤＣ信号となる。【００６７】
３ステートコンパレータ３０に、制御信号Ｓｃｎｔとして、ローレベル（第２レベル）と中間レベル（第３レベル）を交互に繰り返すパルス状の信号が入力される場合には、パルス幅変調器１４を第３モードに設定する。具体的には、制御信号Ｓｃｎｔがローレベルとなる期間は、上述の第２モードと同様に、セレクタ２８にハイレベル電圧ＶＨを選択させる。３ステートコンパレータ３０は、制御信号Ｓｃｎｔが中間レベルとなる期間は、セレクタ２８にローレベル電圧ＶＬを選択させる。制御信号Ｓｃｎｔがローレベルと中間レベルを繰り返すことにより、セレクタ２８の出力信号、すなわちパルス信号Ｓｐｗｍは、制御信号Ｓｃｎｔと同一のデューティ比と、同一の周波数を有する信号となる。制御信号Ｓｃｎｔがローレベルの期間、振動モータ１は通電期間に設定され、中間レベルの期間、振動モータ１は回生期間に設定される点に注意すべきである。【００６８】
このように構成されるパルス幅変調器１４からは、第１、第２、第３モードそれぞれにおいて必要とされるパルス信号Ｓｐｗｍが出力される。【００６９】
駆動信号生成部１６は、パルス信号ＳｐｗｍおよびＦＧ信号Ｓ＿ＦＧにもとづき、Ｈブリッジ回路１０を駆動するための駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＬ１、ＳＬ２を生成する。駆動信号生成部１６による駆動信号の生成方法は、一般的なモータ駆動回路のそれと同様でよいため、簡単に説明する。【００７０】
ローサイドトランジスタＭＬ１、ＭＬ２を駆動するための駆動信号ＳＬ１、ＳＬ２は、ＦＧ信号Ｓ＿ＦＧにもとづいて生成される。一例として、ＳＬ１はＳ＿ＦＧであり、ＳＬは、Ｓ＿ＦＧを論理反転して生成される。ハイサイドトランジスタＭＨ１、ＭＨ２を駆動するための駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２は、パルス信号ＳｐｗｍおよびＦＧ信号Ｓ＿ＦＧにもとづいて生成される。一例として、ＳＨ１は、Ｓ＿ＦＧとＳｐｗｍの論理積であり、ＳＨ２は、Ｓ＿ＦＧの論理反転と、Ｓｐｗｍの論理積である。【００７１】
デッドタイム生成部１８は、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１が同時にオンしないように、また、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２と第２ローサイドトランジスタＭＬ２が同時にオンしないように、駆動信号を遅延させる。【００７２】
プリドライバ２０は、デッドタイム生成部１８から出力される駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＬ１、ＳＬ２にもとづき、Ｈブリッジ回路１０を駆動する。プリドライバ２０は、駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＬ１、ＳＬ２を増幅するバッファ回路を含んで構成される。【００７３】
駆動信号生成部１６、デッドタイム生成部１８、プリドライバ２０で構成されるブロックを、ひとまとめとし、これをプリドライバと称してもよい。【００７４】
以上のように構成されたモータ駆動回路１００の動作について説明する。
図２は、図１のモータ駆動回路１００の第１モードにおける動作状態を示すタイムチャートである。図２は、上から順に、電源電圧Ｖｄｄ、スイッチング電圧Ｖｓｗ１、Ｖｓｗ２、出力電流Ｉｏｕｔ１、Ｉｏｕｔ２、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−を示す。出力電流Ｉｏｕｔ１は、コイルの端子Ｐ１からＰ２に向かう向きの電流、出力電流Ｉｏｕｔ２は、コイルの端子Ｐ２からＰ１に向かう向きの電流である。【００７５】
時刻ｔ０に、モータ駆動回路１００が搭載される電子機器が着信を受けると、電源電圧Ｖｄｄが上昇し、振動モータ１の回転開始が指示される。このとき、制御信号Ｓｃｎｔは、ローレベルに設定されており、動作モードとして第１モードが選択される。その結果、起動開始直後は、上述のように、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比は１００％に設定される。時刻ｔ０〜ｔ１の間、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２がオンとなり、Ｖｓｗ１＝Ｖｄｄ、Ｖｓｗ２＝０Ｖとなる。その結果、振動モータ１のコイルには、端子Ｐ１からＰ２に向かう向きの電流Ｉｏｕｔ１が流れ、ロータが回転する。【００７６】
ロータの回転にともなって、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−が変化し、時刻ｔ１に、大小関係が反転すると、図１のコンパレータ１２によって、ＦＧ信号Ｓ＿ＦＧのレベルが遷移し、駆動相が切り換えられる。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２および第１ローサイドトランジスタＭＬ１がオンとされ、出力電流Ｉｏｕｔ２が、コイルの端子Ｐ２からＰ１へ向かう向きに流れる。【００７７】
その後、時刻ｔ３に、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−の大小関係が反転すると、再度、駆動相が切り換えられる。モータ駆動回路１００は、所定の起動時間Ｔｓが経過する時刻ｔ４までの間、駆動相を切り換えながら、１００％のデューティ比で、振動モータ１をフルオンタイム駆動する。【００７８】
起動開始の時刻ｔ０から起動時間Ｔｓが経過した時刻ｔ４に、モードが切り換えられ、ＰＷＭ駆動を開始する。ＰＷＭ駆動を開始すると、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２がパルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比に従って、スイッチング駆動される。その結果、図２に示すように、出力電流Ｉｏｕｔ１およびＩｏｕｔ２は、通電期間Ｔｏｎと、回生期間Ｔｏｆｆを交互に繰り返し、その平均値は、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比により設定される値に安定化される。その結果、振動モータ１のトルク、ひいては回転数が、所望の値に調節される。【００７９】
図３は、第１モードにおける図１のモータ駆動回路１００の出力電流Ｉｏｕｔおよび回転数を示すタイムチャートである。時刻ｔ０にデューティ比１００％でフルオンタイム駆動が開始されると、モータの出力電流Ｉｏｕｔは高く設定され、高トルクで駆動が開始される。その結果、振動モータ１の回転数は、素早く上昇する。その後、起動時間Ｔｓが経過すると、ＰＷＭ駆動に切り換えられて、出力電流Ｉｏｕｔが、目標の回転数に応じた値に安定化され、振動モータ１の回転数は、所望の値に安定化される。もし仮に、フルオンタイム駆動と、ＰＷＭ駆動とを切り換えない場合、振動モータ１の回転数が所定の値に安定化するまでの時間が長くなってしまうが、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００によれば、その時間を大幅に短縮することができる。【００８０】
また、従来では、電源電圧Ｖｄｄを上昇させ、あるいは振動モータ１のインピーダンスを下げるなどして、振動モータ１の回転数が所定値に安定化するまでの時間を短縮させていたため、出力電流Ｉｏｕｔが増加し、消費電力が増加するという問題があったが、本実施の形態では、出力電流Ｉｏｕｔ、すなわち消費電力の増大を抑制しつつ、回転数が安定化するまでの時間を短縮することができる。【００８１】
第２モードでは、パルス信号Ｓｐｗｍは、ハイレベルに固定されるため、ＰＷＭ駆動に移行することなく、図２の時刻ｔ０〜ｔ４に示されるフルオンタイム駆動によって振動モータ１が駆動される。【００８２】
図４は、図１のモータ駆動回路１００の別の動作状態を示すタイムチャートである。図４は、上から順に、電源電圧Ｖｄｄ、スイッチング電圧Ｖｓｗ１、Ｖｓｗ２、制御信号Ｓｃｎｔ、パルス信号Ｓｐｗｍ、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−を示す。【００８３】
起動開始の時刻ｔ０から時刻ｔ１までの期間、制御信号Ｓｃｎｔは固定的なローレベル信号として入力される。その結果、パルス幅変調器１４は、第２モードにて動作し、振動モータ１をフルオンタイム駆動する。【００８４】
その後、時刻ｔ１以降に、制御信号Ｓｃｎｔは、中間レベルとローレベルを交互に繰り返すパルス状の信号となると、第３モードへと移行する。制御信号Ｓｃｎｔがローレベルのとき、パルス信号Ｓｐｗｍはハイレベル、中間レベルのとき、パルス信号Ｓｐｗｍはローレベルとなる。第３モードでは、制御信号Ｓｃｎｔに応じて規定されるパルス信号Ｓｐｗｍによって、振動モータ１がＰＷＭ駆動される。【００８５】
本実施の形態に係るモータ駆動回路１００によれば、第３モードを利用することにより、制御信号Ｓｃｎｔのデューティ比および周波数を、モータ駆動回路１００の外部から自由に設定することができる。その結果、第１モードで動作させる場合には、デューティ比は所定の値に固定されるが、第３モードを用いることで、駆動対象の振動モータ１ごとに、最適な周波数およびデューティ比を検証することができる。また、検証した結果を、第１モードにおける、オシレータ２２の周波数や、デューティ設定部２４によって設定されるデューティ比に反映することも可能となる。【００８６】
さらに、図４に示すシーケンスによって駆動することにより、第２モードから第３モードに切り換えるタイミングを調節することは、図１の起動時間Ｔｓを調節することに他ならない。したがって、図４のシーケンスによれば、起動時間Ｔｓの最適値を検証することができ、さらには、第１モードにおける起動時間Ｔｓの設定に反映させることも可能である。【００８７】
このようにして、図４のシーケンスを用いて、回路動作を検証することにより、パラメータを振動モータ１ごとに最適化することができるため、振動モータ１の回転数が所望の値に安定化するまでの時間を、より短縮することができる。【００８８】
第３モードを使用した駆動シーケンスは、動作検証や、ＰＷＭ駆動の周波数、デューティ比、起動時間Ｔｓなどの駆動パラメータの最適化のために使用してもよいし、実際の電子機器に搭載された状態で、モータユニット２に搭載される図示しないＤＳＰ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｓｉｇｎａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）によって、図４に示すような制御信号Ｓｃｎｔを生成して、振動モータ１を駆動してもよい。この態様は、電子機器にＰＷＭコントローラなどが搭載される場合に特に有効である。【００８９】
さらに、本実施の形態では、パルス幅変調器１４に入力される制御信号Ｓｃｎｔは、パルス状に入力される際に、第３レベル（中間レベル）と、第２レベル（ローレベル）を交互に繰り返すように設計した。制御信号Ｓｃｎｔの第２レベル（ローレベル）は、第２モードで使用されるレベルと共通であるから、第２、第３モードのいずれであっても、制御信号Ｓｃｎｔの第２レベル（ローレベル）は、振動モータ１のコイルの通電時間に対応するため、回路、信号処理を簡素化することができるという利点がある。【００９０】
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【００９１】
実施の形態では、起動時間Ｔｓを設定し、フルオンタイム駆動と、ＰＷＭ駆動とを切り換える場合について説明したが、モータ駆動回路１００において、振動モータ１の回転数をモニタし、振動モータ１の起動開始後、振動モータ１の回転数が所定値に達するまでの期間、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を１００％に設定してもよい。この場合、振動モータ１の回転数をモニタする回転数取得部を設け、取得した回転数と、所定値を比較することにより、所望の処理を実現することができる。回転数取得部は、振動モータ１の回転数を、ＦＧ信号Ｓ＿ＦＧの周期を計測することによって取得してもよい。【００９２】
実施の形態では、ホール素子３がモータ駆動回路１００の外部に設けられる場合について説明したが、これがモータ駆動回路１００に内蔵されていてもよい。【００９３】
実施の形態においては、振動モータ１を駆動する場合について説明したが、本発明は超小型のファンモータの駆動にも適用することができる。超小型のファンモータも、振動モータと同様に、回転開始時に、大きなトルクが必要とされるため、実施の形態に係るモータ駆動回路１００により好適に駆動することができる。その他、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００は、さまざまなモータの駆動に利用することができる。【００９４】
実施の形態で説明した回路において、信号のハイレベル、ローレベル、あるいは中間レベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。また、これに応じて、ＡＮＤゲートやＯＲゲートを置換することは、当業者が容易に想到することができるものである。すなわち、第１レベルから第３レベルのそれぞれを、ハイレベル、ローレベル、中間レベルのいずれに対応付けても構わない。【００９５】
さらに、実施の形態では、単相モータを駆動する場合について説明したが、多相モータの駆動にも適用できる。この場合、スイッチング回路の構成は、モータの相の数に応じて偏向される。さらに、実施の形態では、ホール素子にもとづいてモータを駆動する場合について説明したが、センサレス駆動を行ってもよい。センサレス駆動については、公知技術を利用すればよく、たとえば、多相コイルの中点電圧と、少なくともひとつのコイルに生ずる逆起電圧を比較するコンパレータを設け、ＦＧ信号を生成してもよい。【００９６】
さらに、実施の形態では、第１、第２、第３モードを切り換える場合について説明したが、第１モードと第３モードのみが切り換え可能、もしくは、第２モードと第３モードのみが切り換え可能な構成であってもよい。この場合、制御信号ＳｃｎｔがＤＣ信号の場合、その内部で予め設定された駆動モード（第１モードもしくは第２モード）でモータを駆動し、制御信号Ｓｃｎｔがパルス信号の場合、制御信号Ｓｃｎｔにもとづいたパルス変調モード（第３モード）によってモータを駆動することになる。この変形例でも、制御信号をパルスとして入力することにより、外部からＰＷＭ駆動の周波数およびデューティ比を最適化することができる。【００９７】
（第２の実施の形態）
図５は、本発明の第２の実施の形態に係る振動モータ１およびそれを駆動するためのモータ駆動回路１００を含むモータユニット２の構成を示す回路図である。モータユニット２は、振動モータ１、ホール素子３、モータ駆動回路１００を備え、ひとつのパッケージを構成する。【００９８】
振動モータ１は、ロータ軸に偏心したおもりが付けられたブラシレスモータであり、コイルの両端子Ｐ１、Ｐ２に、外部から電圧を印加可能に形成される。ホール素子３は、振動モータ１のロータの位置情報を示すホール信号Ｈ＋、Ｈ−を出力する。ホール信号Ｈ＋、Ｈ−は、振動モータ１の回転数に応じた周波数を有し、互いに逆相となる周期信号である。【００９９】
モータ駆動回路１００は、ホール素子３から出力されるホール信号Ｈ＋、Ｈ−にもとづき、振動モータ１の駆動相を判定し、コイルに流す電流の向きおよびその大きさを制御して駆動する。モータ駆動回路１００は、一つの半導体基板上に機能ＩＣとして一体集積化されている。【０１００】
モータ駆動回路１００は、Ｈブリッジ回路１０、コンパレータ１２、パルス幅変調器１４、駆動信号生成部１６、デッドタイム生成部１８、プリドライバ２０を備える。【０１０１】
Ｈブリッジ回路１０は、駆動対象となる振動モータ１の端子Ｐ１、Ｐ２に接続される。Ｈブリッジ回路１０は、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２を含む。このＨブリッジ回路１０は、振動モータ１を駆動するための出力段に相当する。第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１は、電源電圧端子Ｐ３と接地端子ＧＮＤ間に直列に接続される。同様に、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第２ローサイドトランジスタＭＬ２も、電源電圧端子Ｐ３と接地端子ＧＮＤ間に直列に接続される。本実施の形態において、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２は、ＰチャンネルＭＯＳＦＥＴである。また、第１ローサイドトランジスタＭＬ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２は、ＮチャンネルＭＯＳＦＥＴである。これらのトランジスタは、すべてＮチャンネルＭＯＳＦＥＴであってもよいし、あるいは、バイポーラトランジスタであってもよい。【０１０２】
第１ハイサイドトランジスタＭＨ１と第１ローサイドトランジスタＭＬ１の接続点の第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１は、振動モータ１の第１端子Ｐ１に印加される。
第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１のオンオフ状態は、各トランジスタのゲートに印加される第１ハイサイド駆動信号ＳＨ１、第１ローサイド駆動信号ＳＬ１によって制御される。第１ハイサイドトランジスタＭＨ１がオンのとき、第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１は電源電圧Ｖｄｄとなり、第１ローサイドトランジスタＭＬ１がオンのとき、第１スイッチング電圧Ｖｓｗ１は接地電位（０Ｖ）となる。【０１０３】
同様に、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２と第２ローサイドトランジスタＭＬ２の接続点の第２スイッチング電圧Ｖｓｗ２は、振動モータ１の第２端子Ｐ２と接続される。第２ハイサイドトランジスタＭＨ２、第２ローサイドトランジスタＭＬ２のオンオフ状態は、各トランジスタのゲートに印加される第２ハイサイド駆動信号ＳＨ２、第２ローサイド駆動信号ＳＬ２によって制御される。【０１０４】
本実施の形態では、Ｈブリッジ回路１０を構成するトランジスタのうち、ローサイドトランジスタＭＬ１、ＭＬ２を固定的にオン、もしくはオフとし、ハイサイドトランジスタＭＨ１、ＭＨ２をパルス信号Ｓｐｗｍにもとづいてスイッチング駆動する。当然ながら、別の実施の形態では、ハイサイドトランジスタＭＨ１、ＭＨ２に代えて、ローサイドトランジスタＭＬ１、ＭＬ２をパルス信号Ｓｐｗｍにもとづいてスイッチング駆動してもよい。【０１０５】
コンパレータ１２は、振動モータ１のロータの位置情報を示すホール信号Ｈ＋、Ｈ−を受け、その電圧比較を行うことにより、矩形信号であるＦＧ信号Ｓ＿ＦＧに変換する。コンパレータ１２は、必要に応じて、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−を増幅した後に、電圧比較を行ってもよい。【０１０６】
パルス幅変調器１４は、振動モータ１のコイルの通電時間を規定するパルス変調されたパルス信号Ｓｐｗｍを生成する。パルス幅変調器１４は、振動モータ１の起動開始後、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を１００％に設定し、その後、振動モータ１の回転数に応じてパルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を切り換える。すなわち、モータ駆動回路１００は、デューティ比１００％のパルス信号Ｓｐｗｍで駆動するフルオンタイム駆動と、デューティ比が目標トルク（回転数）に応じて設定されるＰＷＭ駆動と、を切り換える。【０１０７】
本実施の形態において、パルス幅変調器１４は、振動モータ１の起動開始から所定の起動期間Ｔｓの間、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を１００％に設定する。パルス幅変調器１４は、オシレータ２２、デューティ設定部２４、フルオンタイム設定部２６を含む。【０１０８】
オシレータ２２は、所定の周波数のパルス信号Ｓｏｓｃを生成する。フルオンタイム設定部２６は、オシレータ２２からのパルス信号Ｓｏｓｃを利用して、所定の起動時間Ｔｓを測定し、その間、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を１００％に設定する。デューティ設定部２４は、オシレータ２２から出力されるパルス信号Ｓｏｓｃを利用して、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を所定値に設定する。すなわち、本実施の形態では、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を設定するためのオシレータを、所定の起動期間Ｔｓを測定するためのオシレータと共有する。ある実施例では、デューティ設定部２４、フルオンタイム設定部２６はカウンタを含んで構成することができる。【０１０９】
具体的な信号処理の例としては、フルオンタイム設定部２６は、起動開始から起動時間Ｔｓが経過するまでの期間、ハイレベルとなる信号を出力し、その後、ローレベルに遷移する信号を出力する。一方、デューティ設定部２４は、デューティ比が所定値のパルス信号を出力し続ける。フルオンタイム設定部２６およびデューティ設定部２４の論理和の信号は、上述した特性を有するパルス信号となる。【０１１０】
また、デューティ設定部２４から出力されるパルス信号と、ハイレベルが持続するＤＣ信号と、が入力されたセレクタを用意し、起動時間Ｔｓが経過したことを契機として、フルオンタイム設定部２６がセレクタを切り換えてもよい。【０１１１】
駆動信号生成部１６は、パルス信号ＳｐｗｍおよびＦＧ信号Ｓ＿ＦＧにもとづき、Ｈブリッジ回路１０を駆動するための駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＬ１、ＳＬ２を生成する。駆動信号生成部１６による駆動信号の生成方法は、一般的なモータ駆動回路のそれと同様でよいため、簡単に説明する。【０１１２】
ローサイドトランジスタＭＬ１、ＭＬ２を駆動するための駆動信号ＳＬ１、ＳＬ２は、ＦＧ信号Ｓ＿ＦＧにもとづいて生成される。一例として、ＳＬ１はＳ＿ＦＧであり、ＳＬは、Ｓ＿ＦＧを論理反転して生成される。ハイサイドトランジスタＭＨ１、ＭＨ２を駆動するための駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２は、パルス信号ＳｐｗｍおよびＦＧ信号Ｓ＿ＦＧにもとづいて生成される。一例として、ＳＨ１は、Ｓ＿ＦＧとＳｐｗｍの論理積であり、ＳＨ２は、Ｓ＿ＦＧの論理反転と、Ｓｐｗｍの論理積である。【０１１３】
デッドタイム生成部１８は、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第１ローサイドトランジスタＭＬ１が同時にオンしないように、また、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２と第２ローサイドトランジスタＭＬ２が同時にオンしないように、駆動信号を遅延させる。【０１１４】
プリドライバ２０は、デッドタイム生成部１８から出力される駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＬ１、ＳＬ２にもとづき、Ｈブリッジ回路１０を駆動する。プリドライバ２０は、駆動信号ＳＨ１、ＳＨ２、ＳＬ１、ＳＬ２を増幅するバッファ回路を含んで構成される。【０１１５】
以上のように構成されたモータ駆動回路１００の動作について説明する。
図６は、図５のモータ駆動回路１００の動作状態を示すタイムチャートである。図６は、上から順に、電源電圧Ｖｄｄ、スイッチング電圧Ｖｓｗ１、Ｖｓｗ２、出力電流Ｉｏｕｔ１、Ｉｏｕｔ２、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−を示す。出力電流Ｉｏｕｔ１は、振動モータ１のコイルの端子Ｐ１からＰ２に向かう向きの電流、出力電流Ｉｏｕｔ２は、コイルの端子Ｐ２からＰ１に向かう向きの電流である。【０１１６】
時刻ｔ０に、モータ駆動回路１００が搭載される電子機器が着信を受けると、電源電圧Ｖｄｄが上昇し、振動モータ１の回転開始が指示される。起動開始直後は、上述のように、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比は１００％に設定され、ＤＣ信号となる。時刻ｔ０〜ｔ１の間、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ローサイドトランジスタＭＬ２がオンとなり、Ｖｓｗ１＝Ｖｄｄ、Ｖｓｗ２＝０Ｖとなる。その結果、振動モータ１のコイルには、端子Ｐ１からＰ２に向かう向きの電流Ｉｏｕｔ１が流れ、ロータが回転する。【０１１７】
ロータの回転にともなって、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−が変化し、時刻ｔ１に、大小関係が反転すると、図５のコンパレータ１２によって、ＦＧ信号Ｓ＿ＦＧのレベルが遷移し、駆動相が切り換えられる。すなわち、時刻ｔ２〜ｔ３の期間は、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２および第１ローサイドトランジスタＭＬ１がオンとされ、出力電流Ｉｏｕｔ２が、コイルの端子Ｐ２からＰ１へ向かう向きに流れる。【０１１８】
その後、時刻ｔ３に、ホール信号Ｈ＋、Ｈ−の大小関係が反転すると、再度、駆動相が切り換えられる。モータ駆動回路１００は、所定の起動時間Ｔｓが経過する時刻ｔ４までの間、駆動相を切り換えながら、１００％のデューティ比で、振動モータ１をフルオンタイム駆動する。【０１１９】
起動開始の時刻ｔ０から起動時間Ｔｓが経過した時刻ｔ４に、モードが切り換えられ、ＰＷＭ駆動を開始する。ＰＷＭ駆動を開始すると、第１ハイサイドトランジスタＭＨ１、第２ハイサイドトランジスタＭＨ２がパルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比に従って、スイッチング駆動される。その結果、図６に示すように、出力電流Ｉｏｕｔ１およびＩｏｕｔ２は、通電期間Ｔｏｎと、回生期間Ｔｏｆｆを交互に繰り返し、その平均値は、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比により設定される値に安定化される。その結果、振動モータ１のトルク、ひいては回転数が、所望の値に調節される。【０１２０】
図７は、図５のモータ駆動回路１００の出力電流Ｉｏｕｔおよび回転数を示すタイムチャートである。時刻ｔ０以降、デューティ比が１００％で振動モータ１がフル駆動されると、モータの出力電流Ｉｏｕｔは高く設定され、高トルクで駆動が開始される。その結果、振動モータ１の回転数は、素早く上昇する。その後、起動時間Ｔｓが経過すると、ＰＷＭ駆動に切り換えられて、出力電流Ｉｏｕｔが、目標の回転数に応じた値に安定化され、振動モータ１の回転数は、所望の値に安定化される。もし仮に、フルオンタイム駆動と、ＰＷＭ駆動とを切り換えない場合、振動モータ１の回転数が所定の値に安定化するまでの時間が長くなってしまうが、本実施の形態に係るモータ駆動回路１００によれば、その時間を大幅に短縮することができる。【０１２１】
また、従来では、電源電圧Ｖｄｄを上昇させ、あるいは振動モータ１のインピーダンスを下げるなどして、振動モータ１の回転数が所定値に安定化するまでの時間を短縮させていたため、出力電流Ｉｏｕｔが増加し、消費電力が増加するという問題があったが、本実施の形態では、出力電流Ｉｏｕｔ、すなわち消費電力の増大を抑制しつつ、回転数が安定化するまでの時間を短縮することができる。【０１２２】
上記実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。【０１２３】
実施の形態では、起動時間Ｔｓを設定し、フルオンタイム駆動と、ＰＷＭ駆動とを切り換える場合について説明したが、モータ駆動回路１００において、振動モータ１の回転数をモニタし、振動モータ１の起動開始後、振動モータ１の回転数が所定値に達するまでの期間、パルス信号Ｓｐｗｍのデューティ比を１００％に設定してもよい。この場合、振動モータ１の回転数をモニタする回転数取得部を設け、取得した回転数と、所定値を比較することにより、所望の処理を実現することができる。回転数取得部は、振動モータ１の回転数を、ＦＧ信号Ｓ＿ＦＧの周期を計測することによって取得してもよい。【０１２４】
実施の形態では、ホール素子３がモータ駆動回路１００の外部に設けられる場合について説明したが、これがモータ駆動回路１００に内蔵されていてもよい。【０１２５】
実施の形態においては、振動モータ１を駆動する場合について説明したが、本発明は超小型のファンモータの駆動にも適用することができる。超小型のファンモータも、振動モータと同様に、回転開始時に、大きなトルクが必要とされるため、実施の形態に係るモータ駆動回路１００により好適に駆動することができる。【０１２６】
実施の形態で説明した回路において、信号のハイレベル、ローレベルの論理値の設定は一例であって、インバータなどによって適宜反転させることにより自由に変更することが可能である。また、これに応じて、ＡＮＤゲートやＯＲゲートを置換することは、当業者が容易に想到することができるものである。【０１２７】
実施の形態にもとづき、特定の語句を用いて本発明を説明したが、実施の形態は、本発明の原理、応用を示しているにすぎず、実施の形態には、請求の範囲に規定された本発明の思想を離脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【０１２８】
本発明は、モータの駆動技術に利用できる。
【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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【国際調査報告】
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