(57)【要約】【課題】冷却ファンに付着した埃を除去する。【解決手段】複数のコンパレータＣＭＰＵ〜ＣＭＰＷはそれぞれ、複数のコイルＬＵ〜ＬＷごとに設けられ、対応するコイルの一端に生ずる逆起電力ＶＵ〜ＶＷを、複数のコイルの中点電圧ＶＣＯＭと比較し、比較結果を示す逆起電力検出信号ＢＥＭＦＵ〜ＢＥＭＦＷを生成する。駆動信号合成回路１４は、複数のコンパレータＣＭＰＵ〜ＣＭＰＷの出力にもとづいて、（i）ファンモータ６の駆動開始後の所定の反転期間の間、ファンモータ６を通常運転時とは反対方向に回転させ、（ii）その後、ブレーキ期間の間、ファンモータ６にブレーキをかけ、（iii）続く通常駆動期間において、ファンモータ６を通常運転時の方向に回転させるための駆動制御信号Ｓ４を生成する。駆動回路１６は、駆動制御信号Ｓ４にもとづきファンモータ６を駆動する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のコイルを有する多相センサレスファンモータの駆動装置であって、
それぞれが前記複数のコイルごとに設けられた複数のコンパレータであって、それぞれが対応するコイルの一端に生ずる逆起電力を、前記複数のコイルの中点電圧と比較し、比較結果を示す逆起電力検出信号を生成する複数のコンパレータと、
前記複数のコンパレータの出力にもとづいて、（i）前記ファンモータの駆動開始後の所定の反転期間の間、前記ファンモータを通常運転時とは反対方向に回転させ、（ii）その後、ブレーキ期間の間、前記ファンモータにブレーキをかけ、（iii）続く通常駆動期間において、前記ファンモータを通常運転時の方向に回転させる、ための駆動制御信号を生成する駆動信号合成回路と、
前記駆動制御信号にもとづき前記ファンモータを駆動する駆動回路と、
を備えることを特徴とする駆動装置。
【請求項２】
前記駆動信号合成回路は、
前記ファンモータを第１の方向に回転させる際に利用される第１制御パターンを出力する第１制御パターン生成部と、
前記ファンモータを前記第１の方向と反対の第２の方向に回転させる際に利用される第２制御パターンを出力する第２制御パターン生成部と、
前記ファンモータを前記第１の方向に回転させるとき、前記複数のコンパレータの出力信号と同期して、前記第１制御パターンにもとづき前記駆動制御信号を生成し、前記ファンモータを前記第２の方向に回転させるとき、前記複数のコンパレータの出力信号と同期して、前記第２制御パターンにもとづき前記駆動制御信号を生成する合成部と、
を含むことを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記通常運転時におけるモータの回転方向を指定する方向制御信号を受け、当該方向制御信号にもとづき、前記ファンモータの回転方向を切りかえる正転・逆転制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１または２に記載の駆動装置。
【請求項４】
センサレスファンモータと、
前記センサレスファンモータを駆動する請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動装置と、
を備えることを特徴とする冷却装置。
【請求項５】
複数のコイルを有する多相センサレスファンモータの駆動方法であって、
各コイルの一端に生ずる逆起電力を、前記複数のコイルの中点電圧と比較し、各相ごとに、比較結果を示す逆起電力検出信号を生成するステップと、
前記逆起電力検出信号にもとづいて、前記ファンモータの駆動開始後の所定の反転期間の間、前記ファンモータを通常運転時とは反対方向に回転させるステップと、
前記逆起電力検出信号にもとづいて、ブレーキ期間の間、前記ファンモータにブレーキをかけるステップと、
続く通常駆動期間において、前記逆起電力検出信号にもとづいて、前記ファンモータを通常運転時の方向に回転させるステップと、
を備えることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ファンモータ駆動技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のパーソナルコンピュータやワークステーションの高速化にともない、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＤＳＰ(Digital Signal Processor)などの演算処理用ＬＳＩ（Large Scale Integrated circuit）の動作速度は上昇の一途をたどっている。このようなＬＳＩは、その動作速度、すなわちクロック周波数が高くなるにつれて発熱量も大きくなる。ＬＳＩからの発熱は、そのＬＳＩ自体を熱暴走に導いたり、あるいは周囲の回路に対して影響を及ぼすという問題がある。したがってＬＳＩをはじめとする発熱体（以下ＬＳＩという）の適切な熱冷却はきわめて重要な技術となっている。
【０００３】
ＬＳＩを冷却するための技術の一例として、冷却ファンによる空冷式の冷却方法がある。この方法においては、たとえば、ＬＳＩの表面に対向して冷却ファンを配置し、冷たい空気をＬＳＩ表面に吹き付ける。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平７−３１１９０号公報
【特許文献２】特開２００１−２８４８６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
冷却ファンの停止状態が長時間持続すると、冷却ファンに埃等が付着し、冷却ファンの寿命を短くするおそれがある。
【０００６】
本発明はこうした状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、冷却ファンの埃を除去可能なファンモータ駆動装置の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は、複数のコイルを有する多相センサレスファンモータの駆動装置に関する。この駆動装置は、それぞれが複数のコイルごとに設けられた複数のコンパレータであって、それぞれが対応するコイルの一端に生ずる逆起電力を、複数のコイルの中点電圧と比較し、比較結果を示す逆起電力検出信号を生成する複数のコンパレータと、複数のコンパレータの出力にもとづいて、（i）ファンモータの駆動開始後の所定の反転期間の間、ファンモータを通常運転時とは反対方向に回転させ、（ii）その後、ブレーキ期間の間、ファンモータにブレーキをかけ、（iii）続く通常駆動期間において、ファンモータを通常運転時の方向に回転させる、ための駆動制御信号を生成する駆動信号合成回路と、駆動制御信号にもとづきファンモータを駆動する駆動回路と、を備える。
【０００８】
この態様によると、ファンモータの通常運転に先立ち、ファンモータを通常運転とは逆方向に回転させることにより、埃などの付着物をファンから除去ことができる。そして、逆回転させた後のブレーキ期間においても、ファンモータを減速するトルクにより、付着物を除去できる。
【０００９】
駆動信号合成回路は、ファンモータを第１の方向に回転させる際に利用される第１制御パターンを出力する第１制御パターン生成部と、ファンモータを第１の方向と反対の第２の方向に回転させる際に利用される第２制御パターンを出力する第２制御パターン生成部と、ファンモータを第１の方向に回転させるとき、複数のコンパレータの出力信号と同期して、第１制御パターンにもとづき駆動制御信号を生成し、ファンモータを第２の方向に回転させるとき、複数のコンパレータの出力信号と同期して、第２制御パターンにもとづき駆動制御信号を生成する合成部と、を含んでもよい。
【００１０】
ある態様の駆動回路は、通常運転時におけるモータの回転方向を指定する方向制御信号を受け、当該方向制御信号にもとづき、ファンモータの回転方向を切りかえる正転・逆転制御部をさらに備えてもよい。
【００１１】
本発明の別の態様は、冷却装置である。この装置は、センサレスファンモータと、センサレスファンモータを駆動する上述のいずれかの態様のモータ駆動装置と、を備える。
【００１２】
なお、以上の構成要素の任意の組み合わ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】
【００１３】
本発明のある態様によれば、ファンモータに付着した異物を好適に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態に係る冷却装置を備える電子機器の構成を示すブロック図である。
【図２】図１の駆動装置の具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】図３は、図１の冷却装置の状態遷移を示す波形図である。
【図４】図１の冷却装置の駆動波形を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
本明細書において、「部材Ａが、部材Ｂと接続された状態」とは、部材Ａと部材Ｂが物理的に直接的に接続される場合のほか、部材Ａと部材Ｂが、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
同様に、「部材Ｃが、部材Ａと部材Ｂの間に設けられた状態」とは、部材Ａと部材Ｃ、あるいは部材Ｂと部材Ｃが直接的に接続される場合のほか、それらの電気的な接続状態に実質的な影響を及ぼさない、あるいはそれらの結合により奏される機能や効果を損なわせない、その他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。
【００１７】
本発明の実施の形態について、パーソナルコンピュータやワークステーションなどの電子計算機に搭載され、ＣＰＵなどを冷却するためのファンモータを駆動させるためのファンモータ駆動装置を例に説明する。
【００１８】
はじめに、図１を参照して実施の形態に係る駆動装置１００全体の構成を説明する。駆動装置１００は、センサレスのファンモータを有する冷却装置に搭載され、ファンモータを駆動する。図１は、実施の形態に係る冷却装置４を備える電子機器１の構成を示すブロック図である。
【００１９】
電子機器１は、パーソナルコンピュータ、ワークステーションなどの計算機、あるいは冷蔵庫やテレビなどの家電製品であり、冷却対象、たとえばＣＰＵ２を備える。冷却装置４は、送風によってＣＰＵ２を冷却する。
【００２０】
冷却装置４は、駆動装置１００およびファンモータ６を備える。ファンモータ６は、冷却対象のＣＰＵ２に近接して配置されている。駆動装置１００は、ファンモータ６のトルク（回転数）を指示するための制御入力信号（以下、単に制御信号という）Ｓ１にもとづいてファンモータ６を駆動する。冷却装置４は、モジュール化されて市販、流通される。
【００２１】
ファンモータ６は、３相交流モータであり、スター結線されたＵ相、Ｖ相、Ｌ相のコイルＬＵ、ＬＶ、ＬＷと、図示しない永久磁石を備える。本実施の形態では、ファンモータ６の極数は４である。
【００２２】
駆動装置１００は、ひとつの半導体基板上に集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。電源端子ＩＣＶＤＤには、電源電圧が供給され、接地端子ＩＣＧＮＤには接地電圧が供給される。
【００２３】
駆動装置１００は、逆起電力（ＢＥＭＦ：Back ElectroMotive Force）検出回路１０、ＰＷＭ信号生成回路１２、駆動信号合成回路１４、駆動回路１６、回転数信号生成回路２０、正転・逆転制御部２１を備える。
【００２４】
ＰＷＭ信号生成回路１２は、ファンモータ６の目標トルク、言い換えれば目標回転数に応じてパルス幅変調されたＰＷＭ制御信号Ｓ２を出力する。ＰＷＭ信号生成回路１２には、駆動装置１００の外部から、モータの目標トルクに応じてパルス幅変調された制御信号Ｓ１が入力され、それをＰＷＭ制御信号Ｓ２として出力してもよい。あるいはＰＷＭ信号生成回路１２は、サーミスタなどを利用して得られる周囲温度Ｔａに応じたアナログ電圧を受け、アナログ電圧に応じたデューティ比を有するＰＷＭ制御信号Ｓ２を生成してもよい。あるいはＰＷＭ信号生成回路１２は、ＣＰＵなどのホストプロセッサから、デューティ比を示すデジタル信号を受け、デジタル信号に応じたＰＷＭ制御信号Ｓ２を生成してもよい。
【００２５】
ＢＥＭＦ検出回路１０は、スター結線されるＵ、Ｖ、Ｗ相のコイルＬＵ、ＬＶ、ＬＷそれぞれの一端に生ずる逆起電力ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを、３つのコイルの共通接続ノードＮ１に生ずる中点電圧ＶＣＯＭと比較し、電気角６０度ごとにアサートされる回転検出信号Ｓ３を生成する。たとえばＢＥＭＦ検出回路１０は、Ｕ、Ｖ、Ｗ相ごとに設けられたコンパレータ（不図示）を備える。各コンパレータは、対応する相のコイルの一端に生ずるコイル電圧（逆起電力）ＶＵ、ＶＶ、ＶＷを、中点電圧ＶＣＯＭと比較し、比較結果を示す信号を生成する。各相のコンパレータから出力される信号を論理合成することにより、回転検出信号Ｓ３が生成される。
【００２６】
駆動信号合成回路１４は、回転検出信号Ｓ３および制御信号Ｓ２を受け、それらを合成して、駆動制御信号Ｓ４を生成する。また駆動信号合成回路１４は、駆動装置１００の電源投入直後において、ファンモータ６の駆動シーケンスを切りかえる。
【００２７】
駆動回路１６は、駆動制御信号Ｓ４に応じて、コイルＬＵ、ＬＶ、ＬＷそれぞれの一端に、駆動電圧を印加する。駆動回路１６は、ファンモータ６をＢＴＬ駆動してもよいし、入力信号Ｓ１に応じてＰＷＭ駆動してもよい。
【００２８】
回転数信号生成回路２０は、ファンモータ６の機械角（モータ角）１８０度ごとに、すなわちファンモータ６の１／２回転ごとに遷移する回転数信号ＦＧを生成し、ＦＧ端子から出力する。
【００２９】
正転・逆転制御部２１は、外部からの方向制御信号ＦＲを受ける。冷却装置４は、方向制御信号ＦＲによって、ファンモータ６の通常運転時の回転方向が設定可能となっている。正転・逆転制御部２１は、方向制御信号ＦＲが示す回転方向に応じた信号Ｓ７を駆動信号合成回路１４に出力する。たとえば、方向制御信号ＦＲが第１の方向を指示するとき信号Ｓ７はローレベルであり、方向制御信号ＦＲが第２の方向を指示するとき信号Ｓ７はハイレベルである。
【００３０】
駆動信号合成回路１４は、ＢＥＭＦ検出回路１０からの回転検出信号Ｓ３にもとづいて、以下のシーケンスでファンモータ６を駆動するための駆動制御信号Ｓ４を生成する。
（i）駆動装置１００の電源投入後、つまりファンモータ６の駆動開始後の所定の反転期間の間、ファンモータ６を通常運転時とは反対方向に回転させる。
（ii）その後、ブレーキ期間の間、逆回転するファンモータ６にブレーキをかけ、ファンモータ６の回転を減速させる。
（iii）続く通常駆動期間において、ファンモータ６を通常運転時の方向に回転させる。
【００３１】
上述のように、図１の駆動装置１００は、方向制御信号ＦＲに応じて、通常運転時の回転方向が設定可能となっている。つまり、方向制御信号ＦＲが通常運転時に第１の方向を指示するとき、駆動信号合成回路１４は、反転期間においてファンモータ６が第２の方向に回転するように、駆動制御信号Ｓ４を生成する。続くブレーキ期間において、ファンモータを減速させ、通常駆動期間において、ファンモータ６が第１の方向に回転するように駆動制御信号Ｓ４を生成する。
【００３２】
反対に方向制御信号ＦＲが通常運転時に第２の方向を指示するとき、駆動信号合成回路１４は、反転期間においてファンモータ６が第１の方向に回転するように、駆動制御信号Ｓ４を生成する。続くブレーキ期間において、ファンモータを減速させ、通常駆動期間において、ファンモータ６が第２の方向に回転するように駆動制御信号Ｓ４を生成する。
【００３３】
以上が冷却装置４の全体の構成である。駆動信号合成回路１４の具体的な構成を説明する。図２は、図１の駆動装置１００の具体的な構成例を示す回路図である。
【００３４】
ＢＥＭＦ検出回路１０は、複数のコンパレータＣＭＰＵ〜ＣＭＰＷ、回転検出信号生成部１１を含む。複数のコンパレータＣＭＰＵ〜ＣＭＰＷはそれぞれ、ファンモータ６のコイルＬＵ〜ＬＷごとに設けられる。各コンパレータＣＭＰＵ〜ＣＭＰＷは、それぞれが対応するコイルＬＵ〜ＬＷの一端に生ずる逆起電力ＶＵ〜ＶＷを、複数のコイルＬＵ〜ＬＷの中点電圧ＶＣＯＭと比較し、比較結果を示す逆起電力検出信号ＢＥＭＦＵ〜ＢＥＭＦＷ（以下、検出信号という）を生成する。
【００３５】
回転検出信号生成部１１は、各相の検出信号ＢＥＭＦＵ〜ＢＥＭＦＷを受け、それらを論理合成することにより、回転検出信号Ｓ３を生成する。回転検出信号生成部１１は、合成部９４の一部として構成されてもよい。
【００３６】
駆動信号合成回路１４は、第１制御パターン生成部９０、第２制御パターンメモリ９２、合成部９４を備える。第１制御パターン生成部９０は、ファンモータ６を第１の方向に回転させる際に利用される第１制御パターンＰＡＴ１を出力する。第２制御パターンメモリ９２は、ファンモータ６を第２の方向に回転させる際に利用される第２制御パターンＰＡＴ２を出力する。第１制御パターンＰＡＴ１および第２制御パターンＰＡＴ２はそれぞれ、ファンモータ６の各相Ｕ、Ｖ、ＷのコイルＬＵ〜ＬＷに信号を与えるべき順序を記述するデータを含み、ＲＯＭなどに格納されてもよい。合成部９４は、回転検出信号Ｓ３と同期して、第１制御パターンＰＡＴ１または第２制御パターンＰＡＴ２を読み出す。
【００３７】
合成部９４は、ファンモータ６を第１の方向に回転させるとき、複数のコンパレータＣＭＰＵ〜ＣＭＰＷの出力信号と同期して、言い換えれば回転検出信号Ｓ３と同期して、第１制御パターンＰＡＴ１にもとづき駆動制御信号Ｓ４を生成する。合成部９４は、ファンモータ６を第２の方向に回転させるとき、複数のコンパレータＣＭＰＵ〜ＣＭＰＷの出力信号と同期して、言い換えれば回転検出信号Ｓ３と同期して第２制御パターンＰＡＴ２にもとづき駆動制御信号Ｓ４を生成する。合成部９４は、第１制御パターンＰＡＴ１、あるいは第２制御パターンＰＡＴ２を、ＰＷＭ制御信号Ｓ２と合成して、駆動制御信号Ｓ４を生成する。
【００３８】
以上が駆動装置１００の構成である。続いてその動作を説明する。図３は、図１の冷却装置４の状態遷移を示す波形図である。図４は、図１の冷却装置４の駆動波形を示す図である。
【００３９】
駆動装置１００のシャットダウン状態において、電源電圧Ｖｄｄが供給されると、ファンモータ６の駆動が開始する。
（i）まず、反転期間Ｔ１となる。駆動装置１００は制御パターンＰＡＴにもとづくセンサレス駆動によって、図４に示す出力信号Ｕ〜Ｗをファンモータ６に与え、ファンモータ６を通常運転時とは反対方向の逆回転方向に回転させる。反転期間Ｔ１はたとえば３秒程度である。
【００４０】
（ii）ブレーキ期間Ｔ２の間、駆動装置１００は、ファンモータ６に与える駆動信号を固定することによりファンモータ６にブレーキをかける。このブレーキ制御によりファンモータ６は、逆回転方向に回転した状態から減速していく。
【００４１】
（iii）続く通常駆動期間Ｔ３において、駆動装置１００は制御パターンＰＡＴにもとづくセンサレス駆動により、図４に示す出力信号Ｕ〜Ｗをファンモータ６に与え、ファンモータ６を通常運転時の方向に回転させる。これによりＣＰＵ２が冷却される。
【００４２】
以上が冷却装置４の動作である。
【００４３】
この冷却装置４によれば、起動直後の反転期間Ｔ１において通常回転方向とは逆方向にファンモータ６を回転させることにより、ファンモータ６に付着した埃などの異物を除去することができる。
【００４４】
除去されずに残った付着物は、ファンと同じ回転数である速度で慣性運動している。この状態においてブレーキをかけることにより、ファンに付着していた埃が、ファンと引き離されるように力が加わる。このようにして、反転期間Ｔ１において残留した付着物を、ブレーキ期間Ｔ２においてさらに除去することができる。
【００４５】
ファンに付着した埃などを除去することにより、冷却装置４自体の寿命を延ばすことができる。また冷却装置４の性能が悪化しにくくなることから、冷却対象であるＣＰＵ２の劣化を抑制できる。
【００４６】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この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み合わ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。以下、こうした変形例について説明する。
【００４７】
実施の形態において、冷却装置４を電子機器に搭載してＣＰＵを冷却する場合について説明したが、本発明の用途はこれには限定されず、発熱体を冷却するさまざまなアプリケーションに用いることができる。さらにいえば、本実施の形態に係る駆動装置１００の用途は、ファンモータの駆動に限定されるものではなく、その他の各種モータの駆動に用いることができる。
【００４８】
実施の形態にもとづき、具体的な用語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逸脱しない範囲において、多くの変形例や配置の変更が認められる。
【符号の説明】
【００４９】
１００…駆動装置、１…電子機器、２…ＣＰＵ、４…冷却装置、６…ファンモータ、１０…ＢＥＭＦ検出回路、１１…回転検出信号生成部、１２…ＰＷＭ信号生成回路、１４…駆動信号合成回路、１６…駆動回路、２０…回転数信号生成回路、２１…正転・逆転制御部、９０…第１制御パターン生成部、９２…第２制御パターン生成部、９４…合成部、ＦＧ…回転数信号、Ｓ２…ＰＷＭ制御信号、Ｓ３…回転検出信号、Ｓ４…駆動制御信号、ＦＲ…方向制御信号。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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