(57)【要約】      （修正有）【課題】比較的大容量のコンデンサを外付けしなければならず、コストアップが避けられない。また、精度の良いオフ期間の設定ができない。【解決手段】駆動コイルへ電流が供給されているモータが停止したロック状態において起動パルスを出力する起動パルス出力回路を有するロック保護回路であって、起動パルスを計数する起動パルス計測手段と、計数の結果に応じてロック状態を検出するロック状態検出手段と、ロック状態が検出されると、駆動コイルへの電流を遮断する制御を実行する駆動コイル電流遮断制御手段とを備える。【選択図】      図２
2005051870.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
駆動コイルへ電流が供給されているモータが停止したロック状態において起動パルスを出力する起動パルス出力回路を有するロック保護回路であって、
前記起動パルスを計数する起動パルス計測手段と、
前記計数の結果に応じて前記ロック状態を検出するロック状態検出手段と、
前記ロック状態が検出されると、前記駆動コイルへの前記電流を遮断する制御を実行する駆動コイル電流遮断制御手段と、
を備えることを特徴とするモータのロック保護回路。
【請求項２】
前記駆動コイルへの前記電流を遮断する前記制御を実行後、前記起動パルス計測手段による前記計数の結果が所定値に達すると、前記駆動コイルへの前記電流の供給を再開する制御を実行する再起動手段をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモータのロック保護回路。
【請求項３】
前記所定値は、前記駆動コイルへの前記電流を遮断する所望の時間に応じて設定されてなることを特徴とする請求項２に記載のモータのロック保護回路。
【請求項４】
モータの駆動コイルへ電流の供給を制御する駆動回路であって、請求項１乃至３のいずれかに記載のロック保護回路が集積化されてなることを特徴とする集積回路。
【請求項５】
駆動コイルへ電流が供給されているモータが停止したロック状態において出力される起動パルスを計数し、
前記計数の結果に応じて前記ロック状態を検出し、
前記ロック状態が検出されると、前記駆動コイルへの前記電流を遮断する制御を実行する、
ことを特徴とするモータのロック保護方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータのロック保護回路、及び集積回路、並びにモータのロック保護方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷却用ファン等に用いられるモータがロック状態（回転停止の状態）に陥った場合、モータ駆動コイルの電流を遮断するロック保護回路が例えば特開２００１−５７７９３号公報（特許文献１）に開示されている。このロック保護回路にあっては、同公報の図１に示されるように、外付けのコンデンサを利用している。すなわち、ロック状態に陥ると、外付けコンデンサが充電されてその端子電圧が所定値に達すると、ロック状態と判定され、ロック保護動作が実行される。
【０００３】
このロック保護動作としては、単に、モータ駆動コイルの電流を遮断するだけでなく、この電流遮断後の再起動動作も行う場合がある。すなわち、電流を遮断してから再起動に至るまでの時間（以後、単に「オフ期間」と称する）も、外付けコンデンサの時定数に応じた放電時間でもって設定している。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−５７７９３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前述した従来の技術にあっては、特にモータを冷却用ファン等に用いる場合には、長い時間のオフ期間を確保する必要がある。このため、比較的大容量のコンデンサを外付けしなければならず、基板面積が大きくなると共にコストアップを避けられない問題があった。さらに、コンデンサの容量や充電電流等のばらつきにより、オフ期間がばらついてしまい、精度の良いオフ期間が設定できない不都合も生じていた。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る主たる発明では、駆動コイルへ電流が供給されているモータが停止したロック状態において起動パルスを出力する起動パルス出力回路を有するロック保護回路であって、前記起動パルスを計数する起動パルス計測手段と、前記計数の結果に応じて前記ロック状態を検出するロック状態検出手段と、前記ロック状態が検出されると、前記駆動コイルへの前記電流を遮断する制御を実行する駆動コイル電流遮断制御手段とを備える。
【０００７】
したがって、モータのロック状態の検出にあたり、外付けコンデンサの充放電動作によることなく、起動パルスを計測することによって検出する。外付けコンデンサを使用しないため、回路面積を小さくできると共にコストダウンが図れる。
【０００８】
本発明の他の特徴については、添付図面及び本明細書の記載により明らかにする。
【０００９】
【発明の実施の形態】
＝＝＝モータ駆動回路の全体構成＝＝＝
図１の回路ブロック図を参照しつつ、本実施の形態に係るモータの駆動回路の全体構成について説明する。なお、この駆動回路は集積回路の形態で実施される。また、本実施の形態において、モータとは、ロータ及びステータの相対位置を検知するための素子（例えば、ホール素子）を持たないセンサレスモータのことである。図１に示すように、Ｕ相駆動コイル２、Ｖ相駆動コイル４、Ｗ相駆動コイル６はスター結線されるとともに、１２０度の電気角を有しており、センサレスモータに固着されている。
【００１０】
Ｕ相駆動コイル２を通電（電流の供給）するため、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ８はソース側のトランジスタであり、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１０はシンク側のトランジスタである。Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ８，１０のドレインソースは、電源Ｖｐと接地との間に直列接続されるとともに、このドレインソース接続部はＵ相駆動コイル２の一端と接続されている。
【００１１】
同様に、Ｖ相駆動コイル４を通電するため、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１２はソース側のトランジスタであり、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１４はシンク側のトランジスタである。Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１２，１４のドレインソースは、電源Ｖｐと接地との間に直列接続されるとともに、このドレインソース接続部はＶ相駆動コイル４の一端と接続されている。
【００１２】
また、同様に、Ｗ相駆動コイル６を通電するため、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１６はソース側のトランジスタであり、Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１８はシンク側のトランジスタである。Ｎチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ１６，１８のドレインソースは、電源Ｖｐと接地との間に直列接続されるとともに、このドレインソース接続部はＷ相駆動コイル６の一端と接続されている。
【００１３】
そして、これらＮチャンネル型ＭＯＳＦＥＴ８，１０，１２，１４，１６，１８を適宜のタイミングでオンオフさせることにより、Ｕ相駆動コイル２、Ｖ相駆動コイル４、Ｗ相駆動コイル６に駆動電流が流れ、センサレスモータのロータが例えば正方向に回転する。この回転動作において、Ｕ相駆動コイル２、Ｖ相駆動コイル４、Ｗ相駆動コイル６の一端には、電気角１２０度の位相差を有する駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが現れるとともに、Ｕ相駆動コイル２、Ｖ相駆動コイル４、Ｗ相駆動コイル６の共通接続部には、中性点電圧Ｖｃｏｍが現れる。なお、駆動トランジスタとしては、ＭＯＳＦＥＴに代えてバイポーラトランジスタが使用可能である。
【００１４】
切り換え回路２０は、Ｕ端子，Ｖ端子，Ｗ端子を有し、Ｕ端子，Ｖ端子，Ｗ端子には、駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗが供給される。切り換え回路２０は、Ｕ端子，Ｖ端子，Ｗ端子を電気角６０度のタイミングで切り換え、駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの何れか一つを出力する。切り換え回路２０は、センサレスモータが正回転するとき、Ｕ端子，Ｗ端子，Ｖ端子の順で繰り返し切り換えていく一方、センサレスモータが逆回転するときには、Ｕ端子，Ｖ端子，Ｗ端子の順で繰り返し切り換えていく。
【００１５】
コンパレータ２２は、この切り換え回路２０から得られる駆動電圧Ｖｕ，Ｖｖ，Ｖｗの何れか一つ（＋端子）と中性点電圧Ｖｃｏｍ（−端子）とを比較する。これにより、コンパレータ２２からは、電気角６０度のタイミングで変化する矩形の比較信号ＣＰが出力される。
【００１６】
分配回路３２は、Ｕ端子，Ｖ端子，Ｗ端子を有し、Ｕ端子，Ｖ端子，Ｗ端子を切り換え回路２０と同じタイミングで切り換え、比較信号ＣＰを出力する。なお、分配回路３２は、センサレスモータが正回転するとき、Ｕ端子，Ｗ端子，Ｖ端子の順で繰り返し切り換えていく一方、センサレスモータが逆回転するときには、Ｕ端子，Ｖ端子，Ｗ端子の順で繰り返し切り換えていく。
【００１７】
分配回路３２のＵ端子からは、電気角６０度の断片的な信号が得られるだけであって、Ｕ相駆動コイル２を通電するための電気角１２０度の信号が欠落している。同様に、分配回路３２のＶ端子からも、電気角６０度の断片的な信号が得られるだけであって、Ｖ相駆動コイル４を通電するための電気角１２０度の信号が欠落している。さらに同様に、分配回路３２のＷ端子からも、電気角６０度の断片的な信号が得られるだけであって、Ｗ相駆動コイル６を通電するための電気角１２０度の信号が欠落している。
【００１８】
マスク回路３４は、分配回路３２のＵ端子から得られる電気角６０度の信号からキックバックパルスに対応するノイズを除去する。この電気角６０度の信号を用いてＵ相駆動コイル２を駆動するための連続するマスク信号Ｕｍａｓｋを生成して出力する。同様に、分配回路３４のＶ端子から得られる電気角６０度の信号からキックバックパルスに対応するノイズを除去する。この電気角６０度の信号を用いてＶ相駆動コイル４を駆動するための連続するマスク信号Ｖｍａｓｋを生成して出力する。さらに同様に、分配回路３４のＷ端子から得られる電気角６０度の信号からキックバックパルスに対応するノイズを除去する。この電気角６０度の信号を用いてＷ相駆動コイル６を駆動するための連続するマスク信号Ｗｍａｓｋを生成して出力する。なお、マスク信号Ｕｍａｓｋ，Ｖｍａｓｋ，Ｗｍａｓｋは、電気角１２０度の位相差を有する。
【００１９】
合成回路３８は、マスク回路３４から得られるマスク信号Ｕｍａｓｋ，Ｖｍａｓｋ，Ｗｍａｓｋを合成し、電気角６０度のタイミングで変化する矩形の合成信号ＦＧを出力する。すなわち、合成信号ＦＧは、比較信号ＣＰからキックバックパルスに基づく重畳パルスを除去したものとなる。
【００２０】
位相比較器４０，フィルタ４２，バッファ４４，電圧制御発振器４６，１／Ｎ分周器４８は、ＰＬＬ回路を構成する。位相比較器４０は、合成回路３８から得られる合成信号ＦＧと、１／Ｎ分周器４８から得られる分周信号ＤＶとの位相差に応じたパルス幅を有する電圧信号を出力する。例えば、位相比較器４０は、合成信号ＦＧの位相が分周信号ＤＶの位相より進んでいる状態では、正の電圧信号を出力する一方、合成信号ＦＧの位相が分周信号ＤＶの位相より遅れている状態では、負の電圧信号を出力する。この電圧信号は、フィルタ４２で積分された後、バッファ４４を介して電圧制御発振器４６に供給される。この電圧制御発振器４６は、バッファ４４から得られる電圧信号に対応する周波数信号ＶＣＯを出力し、１／Ｎ分周器４８に供給する。この動作を繰り返すことにより、合成信号ＦＧの位相と分周信号ＤＶの位相は一致する。
【００２１】
センサレスロジック回路５２は、Ｕ相駆動コイル２、Ｖ相駆動コイル４、Ｗ相駆動コイル６を適宜のタイミングで通電するための信号を出力する。センサレスロジック回路５２は、センサレスモータ自体が初期状態でのロータおよびステータ間の相対位置を推定できないことを考慮し、マスク信号Ｕｍａｓｋ，Ｖｍａｓｋ，Ｗｍａｓｋの予め定められた初期レベルから動作する。そして、センサレスロジック回路５２は、通電信号Ｕｌｏｇｉｃ１が”Ｍ”レベルとなる期間、切り換え信号２０のＵ端子と分配信号の３２のＵ端子を選択するための信号を出力する。同様に、センサレスロジック回路５２は、通電信号Ｖｌｏｇｉｃ１が”Ｍ”レベルとなる期間、切り換え信号２０のＶ端子と分配信号の３２のＶ端子を選択するための信号を出力する。さらに同様に、センサレスロジック回路５２は、通電信号Ｗｌｏｇｉｃ１が”Ｍ”レベルとなる期間、切り換え信号２０のＷ端子と分配信号の３２のＷ端子を選択するための信号を出力する。そして、センサレスロジック回路５２は、通電信号Ｕｌｏｇｉｃ１，Ｖｌｏｇｉｃ１，Ｗｌｏｇｉｃ１に対して遅延する通電信号Ｕｌｏｇｉｃ２，Ｖｌｏｇｉｃ２，Ｗｌｏｇｉｃ２を作成して出力する。
【００２２】
正逆回路５４は、センサレスモータのブレーキ及び回転方向の逆転の動作を実行させるための駆動信号を生成して出力する。すなわち、正逆回路５４は、外部装置等から供給されるブレーキ指示信号に基づき、逆転トルクブレーキ駆動信号を出力する。
【００２３】
起動カウンタ５８（起動パルス出力回路）は、センサレスモータがロック状態（ロータの回転停止の状態）に陥った場合など、所定の回転数に至らない状態において、合成信号の電気角６０度のタイミングを基準として計数を行い、所定値を計数したとき、起動パルスを生成して出力する。そして、この起動パルスをパルスカウンタ（起動パルス計測手段）６０が受ける。パルスカウンタ６０は、起動パルスを計数し、その結果をセンサレスロジック回路５２へ出力する。このセンサレスロジック回路（ロック状態検出手段）５２は、受けた計数結果に応じ、ロック状態であることを検出する。
【００２４】
＝＝＝ロック保護＝＝＝
従来の技術の項で説明したセンサレスモータがロック状態（ロータの回転停止の状態）に陥った場合など、所望の回転数に至らない状態の検出および保護の仕組み及び動作について、図２のフローチャートに沿って、図１の回路ブロック図を参照しつつ説明する。
【００２５】
先ず、前述したように、ロータが回転停止の状態になると起動カウンタ５８は起動パルスを生成して出力する（Ｓ１００：ＹＥＳ→Ｓ２００）。この起動パルスをパルスカウンタ６０が計数する（Ｓ３００）。この起動パルスの数ｎ（ｎは自然数）が例えば１０未満であれば、非ロック（アンロック）状態であるとし、パルスカウンタ６０は起動パルスの計数を続行する（Ｓ４００：ＹＥＳ→Ｓ３００）。反対に、起動パルスの数ｎが１０を超えた場合（Ｓ４００：ＮＯ）には、センサレスロジック回路（駆動コイル電流遮断制御手段）５２はロック状態にあると判定し、Ｕ相駆動コイル２、Ｖ相駆動コイル４、Ｗ相駆動コイル６への電流を遮断するといったロック保護の制御を実行する。すなわち、センサレスロジック回路５２は各駆動コイル２，４，６を通電するための信号の出力を停止する。なお、後述するように、パルスカウンタ６０の構成を設定することにより、ロック状態であると判断する指標となる時間（起動パルスの数ｎ＝１０）は適宜変更可能である。
【００２６】
そして、このロック保護制御を実行後、所定の時間が経過した後、すなわち、起動パルスの数ｎが１００に至った場合（Ｓ６００：ＹＥＳ）には、センサレスロジック回路５２（再起動手段）は、ロック解除状態に至ったと一応の推定を行うとともに、ロック状態となって加熱した可能性のあるセンサレスモータが十分に冷えたとみなし、各駆動コイル２，４，６への電流の供給を再開する制御を実行する。すなわち、センサレスロジック回路５２は各コイル２，４，６を通電するための信号の出力を再開し、前述したＳ１００の処理に戻る。具体的には、センサレスロジック回路５２は、マスク信号Ｕｍａｓｋ，Ｖｍａｓｋ，Ｗｍａｓｋのレベルを次の電気角６０度のレベルに変更する。このことにより、センサレスモータは再起動される。なお、後述するように、パルスカウンタ６０の構成を設定することにより、各コイル２，４，６への電流を遮断する所望のロック保護時間（再起動までのオフ時間，起動パルスの数ｎ＝１００）は適宜変更可能である。
【００２７】
＝＝＝パルスカウンタの構成例＝＝＝
前述したパルスカウンタ６０の構成のあくまで一例につき、参考として、図３のブロック図を参照して簡単に説明する。便宜上、波線で囲まれたパルスカウンタ６０と協働するセンサレスロジック回路５２の一部構成回路部分（インバータ、ＡＮＤ回路、定電流回路、プルアップ抵抗Ｒ、及びＮＰＮ形バイポーラトランジスタ）も、図３に記載されている。パルスカウンタ６０は、同図に示すように、起動パルスやリセット信号が入力されるＤ形フリップフロップが複数個接続されて構成される。すなわち、Ｄ端子と反転Ｑ端子とを短絡したＤ形フリップフロップがカスケード接続されており、分周回路として動作する。図２を参照して前述したロック状態と判断する指標となる時間（起動パルスの数ｎ＝１０）を設定するあたり、図３のＤ形フリップフロップをＪ個（Ｊは、例えば”８”等の自然数）用意する。また、各コイル２，４，６への電流を遮断する所望のロック保護時間（起動パルスの数ｎ＝１００）を設定するあたり、図３のＤ形フリップフロップを（Ｊ＋Ｋ）個（Ｋは、例えば”６４”等の自然数）用意する。
【００２８】
図３に示すように、インバータに入力される信号Ａ、ＡＮＤ回路に入力される二つの信号Ｂ，Ｃ、及びＡＮＤ回路の出力信号Ｄは、図４の論理値を示す図表に示すように、リセット状態、ロック状態、及び起動（再起動）に応じた値（”Ｈ”あるいは”Ｌ”）となる。これらの信号Ａ乃至Ｄの値に応じ、ＮＰＮ形トランジスタのコレクタから、各コイル２，４，６への電流供給を制御するための信号が供給される。
【００２９】
以上、本発明の実施の形態について、その実施の形態に基づき具体的に説明したが、これに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変可能である。
【００３０】
本実施の形態では次の作用効果を奏する。
モータのロック状態の検出にあたり、外付けコンデンサの充放電動作によることなく、起動パルスを計測することによって検出する。よって、外付けコンデンサが不要となる。
【００３１】
外付けコンデンサを用いずに、起動パルスを計測する。よって、起動パルスの計測結果に対する所定値でもって、再起動までのオフ時間を決定できる。したがって、外付けコンデンサのアナログ値たる放電時間でもって再起動までのオフ時間を決定する場合に比し、精度の高いオフ時間を確保できる。
【００３２】
起動パルスの計測結果に対する所定値でもって、再起動までのオフ時間が設定可能である。したがって、外付けコンデンサを用いた場合に比し、オフ時間の設定変更が簡便となる。
【００３３】
【発明の効果】
外付けコンデンサを使用しないため、回路面積を小さくできると共にコストダウンが図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るモータ駆動回路を示す回路ブロック図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係るロック保護の動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の一実施の形態に係るパルスカウンタの構成例を示す回路ブロック図である。
【図４】本発明の一実施の形態に係るロック保護動作を実現する回路の論理値を示す図表である。
【符号の説明】
２  Ｕ相駆動コイル
４  Ｖ相駆動コイル
６  Ｗ相駆動コイル
５２  センサレスロジック回路
５８  起動カウンタ
６０  パルスカウンタ
【図１】
2005051870.tif 000003
【図２】
2005051870.tif 000004
【図３】
2005051870.tif 000005
【図４】
2005051870.tif 000006