JP2004153955A - 単相モータ用駆動回路、及び単相モータの駆動方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】温度検知素子の検出する温度変化に応じて速度制御を行う単相モータにおいて、起動から全速まで幅広い速度制御を可能とする。
【解決手段】単相モータ用駆動回路は、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧ＶＴＨと、単相モータの起動時に検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧ＲＭＩとを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段を備え、制御手段は、比較した結果として、起動デューティ設定用電圧が検知温度電圧より小の場合には、デューティ設定電圧を起動デューティ設定用電圧とする一方、起動デューティ設定用電圧が検知温度電圧より大の場合には、デューティ設定電圧を検知温度電圧とする。
【選択図】 図３
【解決手段】単相モータ用駆動回路は、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧ＶＴＨと、単相モータの起動時に検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧ＲＭＩとを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段を備え、制御手段は、比較した結果として、起動デューティ設定用電圧が検知温度電圧より小の場合には、デューティ設定電圧を起動デューティ設定用電圧とする一方、起動デューティ設定用電圧が検知温度電圧より大の場合には、デューティ設定電圧を検知温度電圧とする。
【選択図】 図３
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相モータ用駆動回路、及び単相モータの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば実開平３−７４１９９号公報（特許文献１）で開示されたモータの駆動方式では、相切換信号に応じて生成される鋸波状電圧に基づき、コンパレータがモータを駆動するための”Ｈ”のパルス信号（制御信号）を出力する。このコンパレータには、鋸波状電圧に対する比較入力として、サーミスタの検知温度に基づく検知温度電圧が入力される。すなわち、鋸波状電圧が検知温度電圧より大の期間中において、コンパレータは”Ｈ”のパルス信号を出力する。
【０００３】
この検知温度電圧は、サーミスタが検知する温度の変化に応じ、一定の範囲内を変動する。したがって、サーミスタの検知温度の変化に応じ、コンパレータが出力する”Ｈ”のパルス信号の幅は広狭する。つまり、このパルス信号の幅の広狭により、モータの回転数を可変とできる。
【０００４】
【特許文献１】
実開平３−７４１９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この検知温度電圧の最小値が鋸波状電圧の最小値より大きい場合には、実開平３−７４１９９号公報の第４図に示すように、サーミスタが検知する温度の変化に拘わらず、コンパレータの出力が常に”Ｌ”となる期間がどうしても生じる。このため、モータは全速で回転できない。
【０００６】
特に、サーミスタが検知した温度が低くて検知温度電圧が大きくなり、コンパレータが出力する”Ｈ”のパルス信号の幅が最も狭くなる状況を想定する。この場合、単相モータの回転数をより小さくできるよう、すなわち、最低速の回転数をできるだけ小さくすべく、検知温度電圧の最大値を大きく設定しておく。あるいは、検知温度電圧に代えて、最低速で回転させるための電圧（最低速設定電圧）を大きく設定しておく。すると、停止状態の単相モータを起動（再起動を含む）させようとした場合、コンパレータのパルス信号の幅が狭過ぎて必要な駆動デューティが得られず、モータを起動させることができない。このため、単相モータの回転数の最低値を低く設定できなかった。
【０００７】
【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、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とする。
【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】
＝＝＝＝＝開示の概要＝＝＝＝＝
少なくとも次のことが明らかにされる。
本実施の形態に係る単相モータ用駆動回路では、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とする。
【００１０】
また、前記制御手段は集積回路で構成されてもよい。
さらに、前記検知温度電圧を生成する手段と、前記起動デューティ設定用電圧を生成する手段と、前記鋸歯状電圧を生成する手段とを更に備えてもよい。
さらにまた、前記起動デューティ設定用電圧の前記初期値は、前記鋸歯状電圧の最小値より小さくすることが望ましい。
また、前記起動デューティ設定用電圧を生成する手段は、少なくともコンデンサを有し、前記コンデンサの一端側には電源が接続されるとともに、当該一端にはスイッチング素子が接続されており、前記単相モータの停止時には、前記スイッチング素子がオンすることにより前記コンデンサが放電しており、前記単相モータの起動時には、前記スイッチング素子がオフすることにより前記コンデンサが前記電源からの充電を開始するのであって、前記充電の過程における、前記コンデンサの前記一端に現れる過渡的な上昇電圧が前記起動デューティ設定用電圧であることとしてもよい。
さらに、前記制御信号に基づき駆動信号を生成して前記単相モータへ出力するロジック手段とを更に備えることとしてもよい。
【００１１】
本実施の形態に係る単相モータの駆動方法では、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力し、
前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とする。
【００１２】
＝＝＝単相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単相モータ駆動回路の全体構成について説明する。なお、本実施の形態において、単相モータ駆動回路は、集積化され、この回路に単相コイル等の周辺回路素子が外部接続されるものとする。
【００１３】
図１に示すように、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ１０２、１０４は、駆動信号Ａ、Ｄが供給されることにより、単相コイル１０６の紙面右方向（ａ方向）に駆動電流を供給する。そのため、バイポーラトランジスタ１０２のコレクタエミッタ路、単相コイル１０６、バイポーラトランジスタ１０４のコレクタエミッタ路は、電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されている。同様に、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ１０８、１１０は、駆動信号Ｃ、Ｂが供給されることによって、単相コイル１０６の紙面左方向（ｂ方向）に駆動電流を供給する。そのため、バイポーラトランジスタ１０８のコレクタエミッタ路と、単相コイル１０６と、バイポーラトランジスタ１１０のコレクタエミッタ路とは、電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されている。
【００１４】
そして、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０が相補的にオンオフして、単相コイル１０６の駆動電流の方向が適宜変化することにより、単相モータは回転する。回生ダイオード１１２は、単相コイル１０６の駆動電流の方向がａ方向からｂ方向へ変化するときの駆動電流を回生するものであり、バイポーラトランジスタ１１０のコレクタエミッタ路に並列接続されている。同様に、回生ダイオード１１４は、単相コイル１０６の駆動電流の方向がｂ方向からａ方向へ変化するときの駆動電流を回生するものであり、バイポーラトランジスタ１０４のコレクタエミッタ路に並列接続されている。
【００１５】
このように、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０が相補的にオンオフして単相モータを回転させるにあたり、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰが出力する制御信号に従い、その回転の駆動デューティが決定される。すなわち、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰには、検知温度電圧ＶＴＨ、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ、及び三角波信号（鋸歯状電圧）ＰＷＭが入力される。駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰが出力する制御信号は２５ｋＨｚを基本周波数とするパルス信号である。つまり、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０をオンオフ駆動するにあたり、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う。
【００１６】
したがって、図１に示すように、単相コイル１０６に駆動電流を矢印ａの方向に流す期間では、バイポーラトランジスタ１０４は常時オン状態を維持する一方、バイポーラトランジスタ１０２は２５ｋＨｚを基本周波数としてオンオフする。反対に、単相コイル１０６に駆動電流を矢印ｂの方向に流す期間では、バイポーラトランジスタ１１０は常時オン状態を維持する一方、バイポーラトランジスタ１０８は２５ｋＨｚを基本周波数としてオンオフする。
【００１７】
そして、本発明では、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰからのパルス信号は、２５ｋＨｚを基本周波数として、後述するように、検知温度電圧ＶＴＨ及び起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの変化に応じ、変動する。この変動により、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０のオンオフ動作が変わり、単相モータの駆動デューティが制御される。
【００１８】
ホール素子１１６は、単相モータのロータ側の磁石と対向する所定位置に固定されるとともに定電圧でバイアスされている。そして、ホール素子１１６は、単相モータの回転位置に応じて、即ち、対向するロータ側の磁極の変化に応じて、正弦波信号を出力する。
【００１９】
比較回路１１８は、チャタリングを防止するためのヒステリシス特性を有し、ホール素子１１６からの正弦波信号を矩形波信号とするものである。なお、この矩形波信号は、単相コイル１０６の駆動電流がａ方向またはｂ方向の何れか一方へ切り替わるための基となる転流信号である。
【００２０】
回転停止検知回路１２２は、コンデンサ１２４、定電流源１２６、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ１２８、比較回路１３０、及び基準電圧ＶＲＥＦを備え、単相モータの回転または停止を検知する。ここで、コンデンサ１２４および定電流源１２６は充電回路を構成し、且つ、コンデンサ１２４およびバイポーラトランジスタ１２８は放電回路を構成する。その結果、コンデンサ１２４の非接地側には鋸歯形状を有する充放電電圧が現れる。比較回路１３０の−（反転入力）端子は基準電圧ＶＲＥＦと接続され、＋（非反転入力）端子はコンデンサ１２４の非接地側と接続されている。即ち、比較回路１３０は、コンデンサ１２４の非接地側の電圧と基準電圧ＶＲＥＦとの大小を比較することによって、単相モータの回転時は“Ｌ”、単相モータの停止時は“Ｈ”となる検知信号を出力する。
【００２１】
この回転停止検知回路１２２の出力は、起動デューティ設定用電圧生成回路（起動デューティ設定用電圧を生成する手段）２００に供給される。この起動デューティ設定用電圧生成回路２００は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ１と、外部接続される充放電回路で構成される。充放電回路は、電源Ｖｃｃ、コンデンサＣ１及び分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で構成される。コンデンサＣ１は分圧抵抗Ｒ１に並列接続される。このコンデンサＣ１及び分圧抵抗Ｒ１で構成される並列回路と分圧抵抗Ｒ２とが電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されている。バイポーラトランジスタＴｒ１について、そのベースには回転停止検知回路１２２の出力電圧が印加されるとともに、そのエミッタは接地される。そして、このバイポーラトランジスタＴｒ１のコレクタは、コンデンサＣ１及び分圧抵抗Ｒ１で構成される並列回路と分圧抵抗Ｒ２との接続点に接続される。この接続点に、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが生じる。すなわち、コンデンサＣ１の端子間電圧が起動デューティ設定用電圧ＲＭＩとなる。
【００２２】
サーミスタＲｓと抵抗Ｒ３は、電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されて検知温度電圧生成回路（検知温度電圧を生成する手段）３００を構成する。このサーミスタＲｓは、単相モータが駆動するファンの周囲温度を検知すべく、ファンのハウジングに取り付けられる。このサーミスタＲｓと抵抗Ｒ３との接続点には、ファンの周囲温度を反映した検知温度電圧ＶＴＨが生じる。なお、このサーミスタＲｓは、負の温度係数を持ち、ハウジング内部の温度が上昇すると、検知温度電圧ＶＴＨは低下する。
【００２３】
検知温度電圧生成回路３００からの出力電圧ＶＴＨと、起動デューティ設定用電圧生成回路２００からの出力電圧ＲＭＩと、ＰＷＭ回路（鋸歯状電圧を生成する手段）からの三角波信号（鋸歯状電圧）ＰＷＭが、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰに入力される。この駆動デューティ決定用コンパレータ（単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段）ＣＭＰは３差動（３入力）コンパレータで構成される。なお、ＰＷＭ回路（図１中、ＰＷＭ）は、単相モータの回転速度の制御を行うべく、ＰＷＭ制御信号として三角波信号ＰＷＭを出力する。
【００２４】
具体的な構成例として、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、図 ２の回路図に示すように、定電流源、三つのＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＴｒ１０，Ｔｒ２０，Ｔｒ３０、一つのＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＴｒ４０、バイアス抵抗Ｒ１０、及び抵抗Ｒ２０で構成される。三つのバイポーラトランジスタＴｒ１０，Ｔｒ２０，Ｔｒ３０のエミッタは定電流源に接続されている。二つのバイポーラトランジスタＴｒ１０，Ｔｒ２０のコレクタは接地されている。バイポーラトランジスタＴｒ４０のベース−エミッタ間にはバイアス抵抗Ｒ１０が接続され、そのエミッタとバイアス抵抗Ｒ１０の接続点は接地されている。また、バイポーラトランジスタＴｒ３０のコレクタは、バイポーラトランジスタＴｒ４０のベースに接続される。バイポーラトランジスタＴｒ４０のコレクタには、電源ＶＣＣが抵抗Ｒ２０を介して接続される。
【００２５】
このような構成の駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰにおいて、バイポーラトランジスタＴｒ１０のベースには、検知温度電圧ＶＴＨが印加される。また、バイポーラトランジスタＴｒ２０のベースには、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが印加される。さらに、バイポーラトランジスタＴｒ３０のベースには、三角波信号ＰＷＭが印加される。そして、バイポーラトランジスタＴｒ４０のコレクタには、駆動デューティの制御信号として、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰの出力信号が現れる。
【００２６】
駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰ及び比較回路１１８の出力に基づき、ロジック回路（制御信号に基づき駆動信号を生成して単相モータへ出力するロジック手段）１３２は、信号処理を実行する。その結果、ロジック回路１３２は、前述したように、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０を相補的にオンオフするための駆動信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを出力する。
【００２７】
なお、図１に示す回路は、検知温度電圧生成回路３００を除き、一つの集積回路で構成することも可能であるが、起動デューティ設定用電圧生成回路２００のうち、前述した充放電回路の部分（あるいは、コンデンサＣ１のみ）を外付けする構成としてもよい。
【００２８】
＝＝＝単相モータ駆動回路の動作＝＝＝
図２の回路図、及び図３の波形図を参照しつつ、本実施の形態に係る単相モータ駆動回路の特徴的な動作について説明する。
まず、駆動デューティの制御原理について、図３の波形図を参照して説明する。なお、図３の波形図は、動作を解りやすく説明するための概念図である。
【００２９】
図３の期間Ｔ０，Ｔ０’に示すように、駆動対象である単相モータの起動時において、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは、検知温度電圧ＶＴＨより小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる。すなわち、起動初期（電源投入時）では、コンデンサＣ１の端子間電圧（起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ）はゼロである。また、再起動時において、コンデンサ１２４の非接地側の電圧は基準電圧ＶＲＥＦより大きいため、比較回路１３０の出力は”Ｈ”となり、バイポーラトランジスタＴｒ１はオンする。その結果、再起動時においても、コンデンサＣ１の端子間電圧（起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ）はゼロである。
【００３０】
駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩと検知温度電圧ＶＴＨとを比較する。この比較の結果、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩあるいは検知温度電圧ＶＴＨのうちいずれか小さい方をデューティ設定電圧とする。そして、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、図３中のコンパレータ出力の波形図に示すように、三角波信号ＰＷＭがデューティ設定電圧より大の期間にのみ”Ｈ”の制御信号を出力する。
【００３１】
すなわち、駆動対象である単相モータの起動（図３の期間Ｔ０，Ｔ０’）においては、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが検知温度電圧ＶＴＨより小さい。この場合には、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩをデューティ設定電圧とする。その結果、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間にのみ制御信号を出力する。したがって、従来の最低速設定電圧をデューティ設定電圧とした場合に較べ、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰの出力のパルス幅を大きくすることができる。よって、単相モータの起動時においては、駆動デューティを大きくすることができ、単相モータが起動可能となる。
【００３２】
また、この起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの初期値（図３中、約０Ｖ）を三角波信号の最小値より小さくすれば、図３の期間Ｔ０の起動初期において、最大の駆動デューティでもって確実に単相モータを起動できる。
【００３３】
その後、時間の経過に伴い、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが漸次大きくなっていく。そして、図３の期間Ｔ１に示すように、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが一定の最大値（図３中、本発明の最低速設定電圧）になると、低温時用の最低回転数で単相モータが回転するよう、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは最も狭いパルス幅の制御信号を出力する。
【００３４】
この起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの一定の最大値、すなわち、最低速設定電圧は、図１の起動デューティ設定用電圧生成回路２００内のコンデンサＣ１の容量値を変更することで適宜設定することができる。この最低速設定電圧は、起動時の駆動デューティに関与しないので、従来に比べて小さく設定して最低速回転数をより小さくすることができる。
【００３５】
そして、単相モータの回転による温度上昇に伴い、検知温度電圧ＶＴＨが漸次小さくなる。この結果、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが図３中のクロスポイントを通過して検知温度電圧ＶＴＨより大となった場合（図３の期間Ｔ２、ＰＷＭ制御可変速領域）、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、デューティ設定電圧を検知温度電圧ＶＴＨに切り替える。その結果、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより大の期間にのみ制御信号を出力する。つまり、サーミスタＲｓの検知温度ＶＴＨに応じた駆動デューティでもって、単相モータは回転する。
【００３６】
単相モータの回転による温度上昇が進み、サーミスタＲｓの検知温度ＶＴＨが高温となると（図３の期間Ｔ３、全速領域）、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰが出力する制御信号はデューティ１００％のフル駆動となる。
【００３７】
次に、これまで説明した駆動デューティの制御原理を実現する回路素子の動作について説明する。
停止状態の単相モータを起動（または再起動）してから、サーミスタＲｓの検知温度ＶＴＨに応じた駆動デューティで駆動するまでの過程（図３中、期間Ｔ０，Ｔ１）について、説明する。図２に示すように、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰには、検知温度電圧生成回路３００からの出力電圧（検知温度電圧）ＶＴＨと、ＰＷＭからの三角波信号ＰＷＭが入力されている。加えて、このコンパレータＣＭＰには、起動デューティ設定用電圧生成回路２００からの出力電圧（起動デューティ設定用電圧）ＲＭＩが入力されている。
【００３８】
この起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは、図３に示すように、起動時において経時的に変化する。すなわち、図１の回転停止検知回路１２２が出力する検知信号は、単相モータの停止を示す“Ｈ”から単相モータの回転を示す“Ｌ”へ変化する。この検知信号“Ｌ”は、図１の起動デューティ設定用電圧生成回路２００のバイポーラトランジスタＴｒ１のベースへ印加され、このバイポーラトランジスタＴｒ１はオン状態からオフ状態へ切り替わる。
【００３９】
すなわち、まず、単相モータの停止状態において、図１に示すように、バイポーラトランジスタＴｒ１はオン状態であるためコンデンサＣ１は放電状態にある。このため、コンパレータＣＭＰに入力される起動デューティ設定用電圧ＲＭＩはバイポーラトランジスタＴｒ１のオン抵抗分の低電圧（図３中、約０Ｖ）のみ生じる。この電圧Ｖ１が起動デューティ設定用電圧の初期値に相当する。
【００４０】
この停止状態から、三角波信号ＰＷＭがバイポーラトランジスタＴｒ３０のベースに印加され、起動状態に移行する過程において、検知温度電圧ＶＴＨがバイポーラトランジスタＴｒ１０のベースに印加されるとともに、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがバイポーラトランジスタＴｒ２０のベースに印加されている。この時、図３に示すように、検知温度電圧ＶＴＨより起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの方が極めて低い。このため、検知温度電圧ＶＴＨがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ１０はオフする一方、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ２０はオンする。すると、三角波信号ＰＷＭがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ３０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中において、オフする。その結果、コンパレータＣＭＰの出力がコレクタに現れるバイポーラトランジスタＴｒ４０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中において、”Ｈ”の信号を出力する。図３の波形図に示すように、期間Ｔ０の起動初期では、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは、三角波信号ＰＷＭの最小値より小さい。したがって、単相モータはフルデューティで駆動を開始する。
【００４１】
同時に、図１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオフ状態へ切り替わるのに伴い、放電状態にあったコンデンサＣ１は充電を開始する。そして、コンデンサＣ１の端子間電圧の過渡的な上昇に伴い、図３に示すように、コンパレータＣＭＰに入力される起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは漸次上昇していく。この上昇の度合いは、充放電回路を構成するコンデンサＣ１の容量及び分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の値でもって設定できる。この上昇の過程における期間Ｔ０，Ｔ０’，Ｔ１では、検知温度電圧ＶＴＨより起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの方がまだ小さい。このため、検知温度電圧ＶＴＨがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ１０はオフの状態を維持する一方、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ２０はオンの状態を維持する。すると、三角波信号ＰＷＭがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ３０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中においてオフする一方、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより小の期間中においてオンする。その結果、コンパレータＣＭＰの出力がコレクタに現れるバイポーラトランジスタＴｒ４０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中において”Ｈ”の信号を出力する一方、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより小の期間中において”Ｌ”の信号を出力する。よって、コンパレータＣＭＰは、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの上昇に伴い、”Ｈ”の期間が短くなっていくパルス信号を出力する。
【００４２】
そして、図３の期間Ｔ２，Ｔ３に示すように、コンデンサＣ１の充電完了後、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが、検知温度電圧ＶＴＨより大になると、検知温度電圧ＶＴＨがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ１０はオンの状態を維持する一方、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ２０はオフに切り替わる。
【００４３】
すると、三角波信号ＰＷＭがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ３０は、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより大の期間中においてオフする一方、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより小の期間中においてオンする。その結果、コンパレータＣＭＰの出力がコレクタに現れるバイポーラトランジスタＴｒ４０は、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより大の期間中において”Ｈ”の信号を出力する一方、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより小の期間中において”Ｌ”の信号を出力する。よって、コンパレータＣＭＰは、サーミスタＲｓの検知温度電圧ＶＴＨに応じたパルス信号を出力する。
【００４４】
なお、単相モータのロータがロックされた場合、ロジック回路１３２からの放電パルスが発生しないため、コンデンサ１２４の端子間電圧が基準電圧ＶＲＥＦより大となる。その結果、バイポーラトランジスタＴｒ１がオンとなり、コンデンサＣ１の端子間電圧（起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ）はゼロとなる。よって、再起動時においても、電源投入時と同様、単相モータはフルデューティで駆動を開始する。
【００４５】
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更可能である。
【００４６】
【発明の効果】
単相モータの起動時には、起動デューティ設定用電圧に基づき、単相モータを起動（再起動）できる。したがって、起動時の駆動デューティとは無関係に、起動後の単相モータを最低速で回転させるべく、駆動デューティの最低値をできるだけ小さく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る単相モータ及びその駆動回路を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る３入力コンパレータの具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る単相モータの駆動回路における主要信号を示す波形図である。
【符号の説明】
１０６ 単相コイル
１１６ ホール素子
１２２ 回転停止検知回路
１３２ ロジック回路（制御信号に基づき駆動信号を生成して単相モータへ出力するロジック手段）
２００ 起動デューティ設定用電圧生成回路（起動デューティ設定用電圧を生成する手段）
３００ 検知温度電圧生成回路（検知温度電圧を生成する手段）
ＣＭＰ 駆動デューティ決定用コンパレータ（単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段）
ＲＭＩ 起動デューティ設定用電圧
Ｒｓ サーミスタ
ＶＴＨ 検知温度
【発明の属する技術分野】
本発明は、単相モータ用駆動回路、及び単相モータの駆動方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば実開平３−７４１９９号公報（特許文献１）で開示されたモータの駆動方式では、相切換信号に応じて生成される鋸波状電圧に基づき、コンパレータがモータを駆動するための”Ｈ”のパルス信号（制御信号）を出力する。このコンパレータには、鋸波状電圧に対する比較入力として、サーミスタの検知温度に基づく検知温度電圧が入力される。すなわち、鋸波状電圧が検知温度電圧より大の期間中において、コンパレータは”Ｈ”のパルス信号を出力する。
【０００３】
この検知温度電圧は、サーミスタが検知する温度の変化に応じ、一定の範囲内を変動する。したがって、サーミスタの検知温度の変化に応じ、コンパレータが出力する”Ｈ”のパルス信号の幅は広狭する。つまり、このパルス信号の幅の広狭により、モータの回転数を可変とできる。
【０００４】
【特許文献１】
実開平３−７４１９９号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この検知温度電圧の最小値が鋸波状電圧の最小値より大きい場合には、実開平３−７４１９９号公報の第４図に示すように、サーミスタが検知する温度の変化に拘わらず、コンパレータの出力が常に”Ｌ”となる期間がどうしても生じる。このため、モータは全速で回転できない。
【０００６】
特に、サーミスタが検知した温度が低くて検知温度電圧が大きくなり、コンパレータが出力する”Ｈ”のパルス信号の幅が最も狭くなる状況を想定する。この場合、単相モータの回転数をより小さくできるよう、すなわち、最低速の回転数をできるだけ小さくすべく、検知温度電圧の最大値を大きく設定しておく。あるいは、検知温度電圧に代えて、最低速で回転させるための電圧（最低速設定電圧）を大きく設定しておく。すると、停止状態の単相モータを起動（再起動を含む）させようとした場合、コンパレータのパルス信号の幅が狭過ぎて必要な駆動デューティが得られず、モータを起動させることができない。このため、単相モータの回転数の最低値を低く設定できなかった。
【０００７】
【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、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とする。
【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】
＝＝＝＝＝開示の概要＝＝＝＝＝
少なくとも次のことが明らかにされる。
本実施の形態に係る単相モータ用駆動回路では、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とする。
【００１０】
また、前記制御手段は集積回路で構成されてもよい。
さらに、前記検知温度電圧を生成する手段と、前記起動デューティ設定用電圧を生成する手段と、前記鋸歯状電圧を生成する手段とを更に備えてもよい。
さらにまた、前記起動デューティ設定用電圧の前記初期値は、前記鋸歯状電圧の最小値より小さくすることが望ましい。
また、前記起動デューティ設定用電圧を生成する手段は、少なくともコンデンサを有し、前記コンデンサの一端側には電源が接続されるとともに、当該一端にはスイッチング素子が接続されており、前記単相モータの停止時には、前記スイッチング素子がオンすることにより前記コンデンサが放電しており、前記単相モータの起動時には、前記スイッチング素子がオフすることにより前記コンデンサが前記電源からの充電を開始するのであって、前記充電の過程における、前記コンデンサの前記一端に現れる過渡的な上昇電圧が前記起動デューティ設定用電圧であることとしてもよい。
さらに、前記制御信号に基づき駆動信号を生成して前記単相モータへ出力するロジック手段とを更に備えることとしてもよい。
【００１１】
本実施の形態に係る単相モータの駆動方法では、温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力し、
前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とする。
【００１２】
＝＝＝単相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単相モータ駆動回路の全体構成について説明する。なお、本実施の形態において、単相モータ駆動回路は、集積化され、この回路に単相コイル等の周辺回路素子が外部接続されるものとする。
【００１３】
図１に示すように、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ１０２、１０４は、駆動信号Ａ、Ｄが供給されることにより、単相コイル１０６の紙面右方向（ａ方向）に駆動電流を供給する。そのため、バイポーラトランジスタ１０２のコレクタエミッタ路、単相コイル１０６、バイポーラトランジスタ１０４のコレクタエミッタ路は、電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されている。同様に、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ１０８、１１０は、駆動信号Ｃ、Ｂが供給されることによって、単相コイル１０６の紙面左方向（ｂ方向）に駆動電流を供給する。そのため、バイポーラトランジスタ１０８のコレクタエミッタ路と、単相コイル１０６と、バイポーラトランジスタ１１０のコレクタエミッタ路とは、電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されている。
【００１４】
そして、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０が相補的にオンオフして、単相コイル１０６の駆動電流の方向が適宜変化することにより、単相モータは回転する。回生ダイオード１１２は、単相コイル１０６の駆動電流の方向がａ方向からｂ方向へ変化するときの駆動電流を回生するものであり、バイポーラトランジスタ１１０のコレクタエミッタ路に並列接続されている。同様に、回生ダイオード１１４は、単相コイル１０６の駆動電流の方向がｂ方向からａ方向へ変化するときの駆動電流を回生するものであり、バイポーラトランジスタ１０４のコレクタエミッタ路に並列接続されている。
【００１５】
このように、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０が相補的にオンオフして単相モータを回転させるにあたり、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰが出力する制御信号に従い、その回転の駆動デューティが決定される。すなわち、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰには、検知温度電圧ＶＴＨ、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ、及び三角波信号（鋸歯状電圧）ＰＷＭが入力される。駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰが出力する制御信号は２５ｋＨｚを基本周波数とするパルス信号である。つまり、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０をオンオフ駆動するにあたり、ＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）制御を行う。
【００１６】
したがって、図１に示すように、単相コイル１０６に駆動電流を矢印ａの方向に流す期間では、バイポーラトランジスタ１０４は常時オン状態を維持する一方、バイポーラトランジスタ１０２は２５ｋＨｚを基本周波数としてオンオフする。反対に、単相コイル１０６に駆動電流を矢印ｂの方向に流す期間では、バイポーラトランジスタ１１０は常時オン状態を維持する一方、バイポーラトランジスタ１０８は２５ｋＨｚを基本周波数としてオンオフする。
【００１７】
そして、本発明では、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰからのパルス信号は、２５ｋＨｚを基本周波数として、後述するように、検知温度電圧ＶＴＨ及び起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの変化に応じ、変動する。この変動により、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０のオンオフ動作が変わり、単相モータの駆動デューティが制御される。
【００１８】
ホール素子１１６は、単相モータのロータ側の磁石と対向する所定位置に固定されるとともに定電圧でバイアスされている。そして、ホール素子１１６は、単相モータの回転位置に応じて、即ち、対向するロータ側の磁極の変化に応じて、正弦波信号を出力する。
【００１９】
比較回路１１８は、チャタリングを防止するためのヒステリシス特性を有し、ホール素子１１６からの正弦波信号を矩形波信号とするものである。なお、この矩形波信号は、単相コイル１０６の駆動電流がａ方向またはｂ方向の何れか一方へ切り替わるための基となる転流信号である。
【００２０】
回転停止検知回路１２２は、コンデンサ１２４、定電流源１２６、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ１２８、比較回路１３０、及び基準電圧ＶＲＥＦを備え、単相モータの回転または停止を検知する。ここで、コンデンサ１２４および定電流源１２６は充電回路を構成し、且つ、コンデンサ１２４およびバイポーラトランジスタ１２８は放電回路を構成する。その結果、コンデンサ１２４の非接地側には鋸歯形状を有する充放電電圧が現れる。比較回路１３０の−（反転入力）端子は基準電圧ＶＲＥＦと接続され、＋（非反転入力）端子はコンデンサ１２４の非接地側と接続されている。即ち、比較回路１３０は、コンデンサ１２４の非接地側の電圧と基準電圧ＶＲＥＦとの大小を比較することによって、単相モータの回転時は“Ｌ”、単相モータの停止時は“Ｈ”となる検知信号を出力する。
【００２１】
この回転停止検知回路１２２の出力は、起動デューティ設定用電圧生成回路（起動デューティ設定用電圧を生成する手段）２００に供給される。この起動デューティ設定用電圧生成回路２００は、ＮＰＮ型のバイポーラトランジスタ（スイッチング素子）Ｔｒ１と、外部接続される充放電回路で構成される。充放電回路は、電源Ｖｃｃ、コンデンサＣ１及び分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２で構成される。コンデンサＣ１は分圧抵抗Ｒ１に並列接続される。このコンデンサＣ１及び分圧抵抗Ｒ１で構成される並列回路と分圧抵抗Ｒ２とが電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されている。バイポーラトランジスタＴｒ１について、そのベースには回転停止検知回路１２２の出力電圧が印加されるとともに、そのエミッタは接地される。そして、このバイポーラトランジスタＴｒ１のコレクタは、コンデンサＣ１及び分圧抵抗Ｒ１で構成される並列回路と分圧抵抗Ｒ２との接続点に接続される。この接続点に、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが生じる。すなわち、コンデンサＣ１の端子間電圧が起動デューティ設定用電圧ＲＭＩとなる。
【００２２】
サーミスタＲｓと抵抗Ｒ３は、電源ＶＣＣと接地ＶＳＳとの間に直列接続されて検知温度電圧生成回路（検知温度電圧を生成する手段）３００を構成する。このサーミスタＲｓは、単相モータが駆動するファンの周囲温度を検知すべく、ファンのハウジングに取り付けられる。このサーミスタＲｓと抵抗Ｒ３との接続点には、ファンの周囲温度を反映した検知温度電圧ＶＴＨが生じる。なお、このサーミスタＲｓは、負の温度係数を持ち、ハウジング内部の温度が上昇すると、検知温度電圧ＶＴＨは低下する。
【００２３】
検知温度電圧生成回路３００からの出力電圧ＶＴＨと、起動デューティ設定用電圧生成回路２００からの出力電圧ＲＭＩと、ＰＷＭ回路（鋸歯状電圧を生成する手段）からの三角波信号（鋸歯状電圧）ＰＷＭが、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰに入力される。この駆動デューティ決定用コンパレータ（単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段）ＣＭＰは３差動（３入力）コンパレータで構成される。なお、ＰＷＭ回路（図１中、ＰＷＭ）は、単相モータの回転速度の制御を行うべく、ＰＷＭ制御信号として三角波信号ＰＷＭを出力する。
【００２４】
具体的な構成例として、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、図 ２の回路図に示すように、定電流源、三つのＰＮＰ型のバイポーラトランジスタＴｒ１０，Ｔｒ２０，Ｔｒ３０、一つのＮＰＮ型のバイポーラトランジスタＴｒ４０、バイアス抵抗Ｒ１０、及び抵抗Ｒ２０で構成される。三つのバイポーラトランジスタＴｒ１０，Ｔｒ２０，Ｔｒ３０のエミッタは定電流源に接続されている。二つのバイポーラトランジスタＴｒ１０，Ｔｒ２０のコレクタは接地されている。バイポーラトランジスタＴｒ４０のベース−エミッタ間にはバイアス抵抗Ｒ１０が接続され、そのエミッタとバイアス抵抗Ｒ１０の接続点は接地されている。また、バイポーラトランジスタＴｒ３０のコレクタは、バイポーラトランジスタＴｒ４０のベースに接続される。バイポーラトランジスタＴｒ４０のコレクタには、電源ＶＣＣが抵抗Ｒ２０を介して接続される。
【００２５】
このような構成の駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰにおいて、バイポーラトランジスタＴｒ１０のベースには、検知温度電圧ＶＴＨが印加される。また、バイポーラトランジスタＴｒ２０のベースには、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが印加される。さらに、バイポーラトランジスタＴｒ３０のベースには、三角波信号ＰＷＭが印加される。そして、バイポーラトランジスタＴｒ４０のコレクタには、駆動デューティの制御信号として、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰの出力信号が現れる。
【００２６】
駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰ及び比較回路１１８の出力に基づき、ロジック回路（制御信号に基づき駆動信号を生成して単相モータへ出力するロジック手段）１３２は、信号処理を実行する。その結果、ロジック回路１３２は、前述したように、バイポーラトランジスタ１０２、１０４およびバイポーラトランジスタ１０８、１１０を相補的にオンオフするための駆動信号Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄを出力する。
【００２７】
なお、図１に示す回路は、検知温度電圧生成回路３００を除き、一つの集積回路で構成することも可能であるが、起動デューティ設定用電圧生成回路２００のうち、前述した充放電回路の部分（あるいは、コンデンサＣ１のみ）を外付けする構成としてもよい。
【００２８】
＝＝＝単相モータ駆動回路の動作＝＝＝
図２の回路図、及び図３の波形図を参照しつつ、本実施の形態に係る単相モータ駆動回路の特徴的な動作について説明する。
まず、駆動デューティの制御原理について、図３の波形図を参照して説明する。なお、図３の波形図は、動作を解りやすく説明するための概念図である。
【００２９】
図３の期間Ｔ０，Ｔ０’に示すように、駆動対象である単相モータの起動時において、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは、検知温度電圧ＶＴＨより小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる。すなわち、起動初期（電源投入時）では、コンデンサＣ１の端子間電圧（起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ）はゼロである。また、再起動時において、コンデンサ１２４の非接地側の電圧は基準電圧ＶＲＥＦより大きいため、比較回路１３０の出力は”Ｈ”となり、バイポーラトランジスタＴｒ１はオンする。その結果、再起動時においても、コンデンサＣ１の端子間電圧（起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ）はゼロである。
【００３０】
駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩと検知温度電圧ＶＴＨとを比較する。この比較の結果、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩあるいは検知温度電圧ＶＴＨのうちいずれか小さい方をデューティ設定電圧とする。そして、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、図３中のコンパレータ出力の波形図に示すように、三角波信号ＰＷＭがデューティ設定電圧より大の期間にのみ”Ｈ”の制御信号を出力する。
【００３１】
すなわち、駆動対象である単相モータの起動（図３の期間Ｔ０，Ｔ０’）においては、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが検知温度電圧ＶＴＨより小さい。この場合には、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩをデューティ設定電圧とする。その結果、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間にのみ制御信号を出力する。したがって、従来の最低速設定電圧をデューティ設定電圧とした場合に較べ、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰの出力のパルス幅を大きくすることができる。よって、単相モータの起動時においては、駆動デューティを大きくすることができ、単相モータが起動可能となる。
【００３２】
また、この起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの初期値（図３中、約０Ｖ）を三角波信号の最小値より小さくすれば、図３の期間Ｔ０の起動初期において、最大の駆動デューティでもって確実に単相モータを起動できる。
【００３３】
その後、時間の経過に伴い、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが漸次大きくなっていく。そして、図３の期間Ｔ１に示すように、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが一定の最大値（図３中、本発明の最低速設定電圧）になると、低温時用の最低回転数で単相モータが回転するよう、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは最も狭いパルス幅の制御信号を出力する。
【００３４】
この起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの一定の最大値、すなわち、最低速設定電圧は、図１の起動デューティ設定用電圧生成回路２００内のコンデンサＣ１の容量値を変更することで適宜設定することができる。この最低速設定電圧は、起動時の駆動デューティに関与しないので、従来に比べて小さく設定して最低速回転数をより小さくすることができる。
【００３５】
そして、単相モータの回転による温度上昇に伴い、検知温度電圧ＶＴＨが漸次小さくなる。この結果、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが図３中のクロスポイントを通過して検知温度電圧ＶＴＨより大となった場合（図３の期間Ｔ２、ＰＷＭ制御可変速領域）、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、デューティ設定電圧を検知温度電圧ＶＴＨに切り替える。その結果、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰは、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより大の期間にのみ制御信号を出力する。つまり、サーミスタＲｓの検知温度ＶＴＨに応じた駆動デューティでもって、単相モータは回転する。
【００３６】
単相モータの回転による温度上昇が進み、サーミスタＲｓの検知温度ＶＴＨが高温となると（図３の期間Ｔ３、全速領域）、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰが出力する制御信号はデューティ１００％のフル駆動となる。
【００３７】
次に、これまで説明した駆動デューティの制御原理を実現する回路素子の動作について説明する。
停止状態の単相モータを起動（または再起動）してから、サーミスタＲｓの検知温度ＶＴＨに応じた駆動デューティで駆動するまでの過程（図３中、期間Ｔ０，Ｔ１）について、説明する。図２に示すように、駆動デューティ決定用コンパレータＣＭＰには、検知温度電圧生成回路３００からの出力電圧（検知温度電圧）ＶＴＨと、ＰＷＭからの三角波信号ＰＷＭが入力されている。加えて、このコンパレータＣＭＰには、起動デューティ設定用電圧生成回路２００からの出力電圧（起動デューティ設定用電圧）ＲＭＩが入力されている。
【００３８】
この起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは、図３に示すように、起動時において経時的に変化する。すなわち、図１の回転停止検知回路１２２が出力する検知信号は、単相モータの停止を示す“Ｈ”から単相モータの回転を示す“Ｌ”へ変化する。この検知信号“Ｌ”は、図１の起動デューティ設定用電圧生成回路２００のバイポーラトランジスタＴｒ１のベースへ印加され、このバイポーラトランジスタＴｒ１はオン状態からオフ状態へ切り替わる。
【００３９】
すなわち、まず、単相モータの停止状態において、図１に示すように、バイポーラトランジスタＴｒ１はオン状態であるためコンデンサＣ１は放電状態にある。このため、コンパレータＣＭＰに入力される起動デューティ設定用電圧ＲＭＩはバイポーラトランジスタＴｒ１のオン抵抗分の低電圧（図３中、約０Ｖ）のみ生じる。この電圧Ｖ１が起動デューティ設定用電圧の初期値に相当する。
【００４０】
この停止状態から、三角波信号ＰＷＭがバイポーラトランジスタＴｒ３０のベースに印加され、起動状態に移行する過程において、検知温度電圧ＶＴＨがバイポーラトランジスタＴｒ１０のベースに印加されるとともに、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがバイポーラトランジスタＴｒ２０のベースに印加されている。この時、図３に示すように、検知温度電圧ＶＴＨより起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの方が極めて低い。このため、検知温度電圧ＶＴＨがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ１０はオフする一方、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ２０はオンする。すると、三角波信号ＰＷＭがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ３０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中において、オフする。その結果、コンパレータＣＭＰの出力がコレクタに現れるバイポーラトランジスタＴｒ４０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中において、”Ｈ”の信号を出力する。図３の波形図に示すように、期間Ｔ０の起動初期では、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは、三角波信号ＰＷＭの最小値より小さい。したがって、単相モータはフルデューティで駆動を開始する。
【００４１】
同時に、図１のバイポーラトランジスタＴｒ１がオフ状態へ切り替わるのに伴い、放電状態にあったコンデンサＣ１は充電を開始する。そして、コンデンサＣ１の端子間電圧の過渡的な上昇に伴い、図３に示すように、コンパレータＣＭＰに入力される起動デューティ設定用電圧ＲＭＩは漸次上昇していく。この上昇の度合いは、充放電回路を構成するコンデンサＣ１の容量及び分圧抵抗Ｒ１，Ｒ２の値でもって設定できる。この上昇の過程における期間Ｔ０，Ｔ０’，Ｔ１では、検知温度電圧ＶＴＨより起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの方がまだ小さい。このため、検知温度電圧ＶＴＨがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ１０はオフの状態を維持する一方、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ２０はオンの状態を維持する。すると、三角波信号ＰＷＭがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ３０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中においてオフする一方、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより小の期間中においてオンする。その結果、コンパレータＣＭＰの出力がコレクタに現れるバイポーラトランジスタＴｒ４０は、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより大の期間中において”Ｈ”の信号を出力する一方、三角波信号ＰＷＭが起動デューティ設定用電圧ＲＭＩより小の期間中において”Ｌ”の信号を出力する。よって、コンパレータＣＭＰは、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩの上昇に伴い、”Ｈ”の期間が短くなっていくパルス信号を出力する。
【００４２】
そして、図３の期間Ｔ２，Ｔ３に示すように、コンデンサＣ１の充電完了後、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩが、検知温度電圧ＶＴＨより大になると、検知温度電圧ＶＴＨがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ１０はオンの状態を維持する一方、起動デューティ設定用電圧ＲＭＩがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ２０はオフに切り替わる。
【００４３】
すると、三角波信号ＰＷＭがベースに印加されるバイポーラトランジスタＴｒ３０は、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより大の期間中においてオフする一方、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより小の期間中においてオンする。その結果、コンパレータＣＭＰの出力がコレクタに現れるバイポーラトランジスタＴｒ４０は、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより大の期間中において”Ｈ”の信号を出力する一方、三角波信号ＰＷＭが検知温度電圧ＶＴＨより小の期間中において”Ｌ”の信号を出力する。よって、コンパレータＣＭＰは、サーミスタＲｓの検知温度電圧ＶＴＨに応じたパルス信号を出力する。
【００４４】
なお、単相モータのロータがロックされた場合、ロジック回路１３２からの放電パルスが発生しないため、コンデンサ１２４の端子間電圧が基準電圧ＶＲＥＦより大となる。その結果、バイポーラトランジスタＴｒ１がオンとなり、コンデンサＣ１の端子間電圧（起動デューティ設定用電圧ＲＭＩ）はゼロとなる。よって、再起動時においても、電源投入時と同様、単相モータはフルデューティで駆動を開始する。
【００４５】
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更可能である。
【００４６】
【発明の効果】
単相モータの起動時には、起動デューティ設定用電圧に基づき、単相モータを起動（再起動）できる。したがって、起動時の駆動デューティとは無関係に、起動後の単相モータを最低速で回転させるべく、駆動デューティの最低値をできるだけ小さく設定することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る単相モータ及びその駆動回路を示す回路図である。
【図２】本発明の一実施の形態に係る３入力コンパレータの具体的な構成例を示す回路図である。
【図３】本発明の一実施の形態に係る単相モータの駆動回路における主要信号を示す波形図である。
【符号の説明】
１０６ 単相コイル
１１６ ホール素子
１２２ 回転停止検知回路
１３２ ロジック回路（制御信号に基づき駆動信号を生成して単相モータへ出力するロジック手段）
２００ 起動デューティ設定用電圧生成回路（起動デューティ設定用電圧を生成する手段）
３００ 検知温度電圧生成回路（検知温度電圧を生成する手段）
ＣＭＰ 駆動デューティ決定用コンパレータ（単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段）
ＲＭＩ 起動デューティ設定用電圧
Ｒｓ サーミスタ
ＶＴＨ 検知温度
Claims (7)
- 温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、
前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とすることを特徴とする単相モータ用駆動回路。 - 前記制御手段は集積回路で構成されてなることを特徴とする請求項１に記載の単相モータ用駆動回路。
- 前記検知温度電圧を生成する手段と、
前記起動デューティ設定用電圧を生成する手段と、
前記鋸歯状電圧を生成する手段と、
を更に備えたことを特徴とする請求項１または２に記載の単相モータ用駆動回路。 - 前記起動デューティ設定用電圧の前記初期値は、前記鋸歯状電圧の最小値より小さいことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の単相モータ用駆動回路。
- 前記起動デューティ設定用電圧を生成する手段は、少なくともコンデンサを有し、
前記コンデンサの一端側には電源が接続されるとともに、当該一端にはスイッチング素子が接続されており、
前記単相モータの停止時には、前記スイッチング素子がオンすることにより前記コンデンサが放電しており、
前記単相モータの起動時には、前記スイッチング素子がオフすることにより前記コンデンサが前記電源からの充電を開始するのであって、
前記充電の過程における、前記コンデンサの前記一端に現れる過渡的な上昇電圧が前記起動デューティ設定用電圧であることを特徴とする請求項３または４に記載の単相モータ用駆動回路。 - 前記制御信号に基づき駆動信号を生成して前記単相モータへ出力するロジック手段を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の単相モータ用駆動回路。
- 温度検知素子が検知した温度に基づき変化する検知温度電圧と、単相モータの起動時に前記検知温度電圧より小さい電圧を初期値として経時的に大きくなる起動デューティ設定用電圧とを比較した結果に基づき、所定周期の鋸歯状電圧がデューティ設定電圧より大の期間に前記単相モータを駆動するための制御信号を出力し、
前記比較した結果として、前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より小の場合には、前記デューティ設定電圧を前記起動デューティ設定用電圧とする一方、
前記起動デューティ設定用電圧が前記検知温度電圧より大の場合には、前記デューティ設定電圧を前記検知温度電圧とすることを特徴とする単相モータの駆動方法。
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