JP2019110662A - モータ駆動方法及びモータ駆動回路 - Google Patents

Abstract

【課題】ファンモータのロック状態を検出すると直ちにユーザーに知らせることを可能とする。【解決手段】駆動対象のモータが停止したことが検出されると、モータへの駆動信号の出力を停止し、所定時間経過後にモータの回転を復帰させる自動復帰信号を出力するモータ保護機能を有するモータ駆動方法及びモータ駆動回路において、自動復帰信号を可聴帯域の周波数のＰＷＭ信号としてロック状態であることを音でユーザーに知らせる。【選択図】図１

Description

本発明は電子機器などに設けられたファンモータ等のモータの回転駆動を制御するモータ駆動方法及びモータ駆動回路に関し、特にモータがロック状態となった場合のモータ駆動方法及びモータ駆動回路に関する。

ファンモータはパソコンや家電製品など様々な電子機器に搭載され、機器内部で発生する熱を外部へ放出し、内部を冷却するために用いられている。これらファンモータを駆動するモータ駆動回路では、モータの焼損を防ぐために、異物がファンにはさまるなどによってモータが停止したロック状態を検出して駆動信号の出力を停止し、一定時間経過後に再び駆動信号を出力する自動復帰機能を有するモータ保護機能付きのモータ駆動回路が多く利用されている。

特許文献１には、モータの回転状態を検出するホール素子などの回転センサの信号をもとにモータが停止したことが検出されると、約３秒の休止期間を経て約０．５秒間のモータ起動が繰り返し試行されるモータ駆動装置が開示されている。

また、パソコンに搭載されているファンモータの多くはＰＷＭ信号により駆動されており、そのＰＷＭ信号は可聴ノイズを取り除くために２０ｋＨｚより高い周波数でスイッチングされている（特許文献２）。

特開平７−１３１９９５号公報 特開２００７−０６８３９１号公報

以上説明したように、従来技術によりモータの損傷を防ぐことは可能である。ところで、従来のモータ駆動回路ではロック状態となった場合にロック状態を検出するに過ぎない。もしロック状態となったことを知らせる必要が生じた場合には、マイコンなどの上位システムにロック状態を検出した信号を出力するための端子や配線を設けて、上位システムからロック状態となったことを知らせることになる。しかし昨今のノートパソコンの軽量化要求などを鑑みると、部品点数を削減することが好ましい。また、ロック状態を検出しマイコンなどの上位システムに検出信号を出力し、上位システムによってモータの異常がユーザーに知らされる構成であっても、モータがロック状態となった後ユーザーがモータの異常を検知するまでの間は冷却機能の低下によりＣＰＵの温度が上昇して性能が低下してしまうという課題もある。

本発明は上記課題を解決するために、モータのロック状態を検出し、自動復帰動作が開始されると直ちに周囲に知らせることが可能となるモータ駆動方法及びモータ駆動回路を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、請求項１にかかる発明は、モータの回転状態を検出する検出信号に応じて前記モータが回転している場合は前記モータへ可聴帯域外の周波数のＰＷＭ信号である駆動信号を出力し、前記モータがロックして回転が停止したことが検出された場合は前記モータへの駆動信号の出力を停止し、所定時間経過後に前記モータの回転を復帰させる自動復帰信号を出力するモータ駆動方法において、前記自動復帰信号は可聴帯域の周波数のＰＷＭ信号であることを特徴とする。

請求項２にかかる発明は、請求項１に記載のモータ駆動方法において、前記自動復帰信号は音階に応じた周波数であり、前記周波数が時間的に変調されたＰＷＭ信号であることを特徴とする。

請求項３にかかる発明は、モータの回転状態を検出する検出信号に応じて前記モータが回転している場合は前記モータへ可聴帯域外の周波数のＰＷＭ信号である駆動信号を出力し、前記モータがロックして回転が停止したことが検出された場合は前記モータへの駆動信号の出力を停止し、所定時間経過後に前記モータの回転を復帰させる自動復帰信号を出力するモータ駆動回路において、前記自動復帰信号として可聴帯域の周波数のＰＷＭ信号を出力する手段を有することを特徴とする。

請求項４にかかる発明は、請求項３に記載のモータ駆動回路において、前記自動復帰信号として、音階に応じた周波数であり、前記周波数が時間的に変調されたＰＷＭ信号を出力する手段を有することを特徴とする。

本発明によれば、自動復帰信号によりコイルに電流が流れるためモータにいわゆる鳴きが発生し、ユーザーに知らせることができる。そのため、モータがロック状態であることを上位システムに知らせる信号を出力する端子や配線が不要となり、例えばノートパソコンのように軽量化要求が強い製品への適用に効果的である。また、自動復帰信号の出力と同時にモータがロック状態となったことをユーザーに知らせることができるため、例えばノートパソコンのファンモータがロックした場合、冷却機能の低下によりＣＰＵの温度が上昇して性能が低下してしまっても、ユーザーがロック状態であることを直ちに知ることができ、ロック状態となった要因を取り除くことでＣＰＵの性能が低下している時間を最小化することが可能となる。さらに、自動復帰信号を音階に応じた周波数を時間の経過とともに変調したＰＷＭ信号とすることで、モータの鳴きによりユーザーや周囲の人が不快に感じることも防止できる。

本発明の実施例のモータ駆動回路のブロック図である。 図１のモータ駆動回路の動作を示す波形図である。

以下、本発明について図を参照しながら説明する。図１は本発明のモータ駆動回路の構成例を示すブロック図である。本実施例のモータ駆動回路は、ホール素子などの回転センサ（図示せず）の出力信号が入力し、モータ１１が回転状態か否かを表す回転検出信号を出力する回転検出回路１と、回転検出信号と後述する第１のラッチ回路６の出力信号が入力するＮＡＮＤ回路２と、ＮＡＮＤ回路２の出力信号と後述する第２のカウンタ５の出力信号が入力しリセット信号を出力するＡＮＤ回路３と、ＡＮＤ回路３から出力されるリセット信号が入力してから所定時間Ｔ１を計時し時間Ｔ１経過後に出力信号を出力する第１のカウンタ４と、ＡＮＤ回路３から出力されるリセット信号が入力してから時間Ｔ１より長い所定時間Ｔ２を計時し時間Ｔ２経過後に出力信号を出力する第２のカウンタ５と、第２のカウンタ５の出力信号が入力するとリセットされ第１のカウンタ４の出力信号が入力するとラッチされる第１のラッチ回路６と、ＮＡＮＤ回路２の出力信号が入力するとリセットされ第１のカウンタ４の出力信号が入力するとラッチされてロック状態であることを示す信号を出力する第２のラッチ回路７と、第１のラッチ回路６の出力信号と第２のラッチ回路７の出力信号と外部からのＰＷＭ信号が入力されモータ１１を駆動するＰＷＭ信号を出力するＰＷＭ回路８とモータ１１の回転を制御する信号を出力する出力回路９と出力回路９の信号によりモータ１１を駆動するトランジスタブリッジに構成された駆動回路１０とを備える。

次にこの回路構成の動作について図２を用いて説明する。図２（ａ）は図１のノードＡの波形で回転検出回路１の出力である回転検出信号であり、モータが回転している通常時はホール素子などの回転センサから出力される台形波の差動信号のクロスポイントでパルス状の波形が出力され、モータがロック状態となると回転センサの出力信号はある一定電圧となり回転検出回路１の出力は“Ｌ”となる。

図２（ｂ）は図１のノードＢの波形でＮＡＮＤ回路２の出力信号であり、回転検出信号と第１のラッチ回路６の出力信号（図２（ｆ））のいずれかが“Ｌ”となると“Ｈ”となる。モータが回転している通常時は第１のラッチ回路６の出力信号は“Ｈ”であり、図２（ａ）のパルス状の波形の“Ｈ”“Ｌ”が反転されたパルス状の波形となる。モータがロック状態となると回転検出回路１の出力信号が“Ｌ”となるため“Ｈ”となる。

図２（ｃ）は図１のノードＣの波形でＡＮＤ回路３の出力信号であり、ＮＡＮＤ回路２の出力信号と第２のカウンタ５の出力信号（図２（ｅ））のいずれかが“Ｌ”となると“Ｌ”となる。モータが回転している通常時は第２のカウンタ５の出力信号は“Ｈ”であり、ＮＡＮＤ回路２のパルス状の波形と同じパルス状の波形となる。モータがロック状態となるとＮＡＮＤ回路２の出力信号が“Ｈ”となり、第２のカウンタ５の出力信号も“Ｈ”であるため“Ｈ”となる。そして第２のカウンタ５において所定時間Ｔ２を計時すると第２のカウンタ５からパルス状の波形が出力されるため、ＡＮＤ回路３からも同様にパルス状の波形が出力される。

図２（ｄ）は図１のノードＤの波形で第１のカウンタ４の出力信号であり、ＡＮＤ回路３の出力信号の“Ｌ”によりリセットされて“Ｈ”となり、リセットされてから所定時間Ｔ１を計時すると“Ｌ”となる。モータが回転している通常時は時間Ｔ１が経過する前にリセットされて“Ｈ”が継続し、モータがロック状態となると所定時間Ｔ１を計時し、例えば時間Ｔ１＝０．５秒を計時すると“Ｌ”となる。

図２（ｅ）は図１のノードＥの波形で第２のカウンタ５の出力信号であり、ＡＮＤ回路３の出力信号の“Ｌ”によりリセットされて“Ｈ”となり、リセットされてから所定時間Ｔ２を計時するとパルス状の波形が出力される。モータが回転している通常時は時間Ｔ２を計時する前にリセットされて“Ｈ”が継続し、モータがロック状態となると所定時間Ｔ２を計時し、例えば時間Ｔ２＝５．５秒を計時するとパルス状の波形が出力される。

図２（ｆ）は図１のノードＦの波形で第１のラッチ回路６の出力信号であり、第２のカウンタ５の出力信号の“Ｌ”によりリセットされ“Ｈ”となり、第１のカウンタ４の出力信号の“Ｌ”によりラッチされて“Ｌ”となる。モータが回転している通常時は“Ｈ”であり、モータがロック状態となると所定時間Ｔ１までは“Ｈ”が継続し、時間Ｔ１を計時すると第１のカウンタ４の出力信号が“Ｌ”となるため“Ｌ”にラッチされる。続いて時間Ｔ２を計時すると第２のカウンタ５の出力信号の“Ｌ”によりリセットされ“Ｈ”となる。

図２（ｇ）は図１のノードＧの波形で第２のラッチ回路７の出力信号であり、ＮＡＮＤ回路２の出力信号の“Ｌ”によりリセットされて“Ｌ”となり、第１のカウンタ４の出力信号の“Ｌ”によりラッチされて“Ｈ”となる。モータが回転している通常時はＮＡＮＤ回路２の出力信号の立下りエッジによりリセットされて“Ｌ”が継続し、モータがロック状態となり所定時間Ｔ１を計時すると第１のカウンタ４の出力信号が“Ｌ”となるため“Ｈ”にラッチされる。

図２（ｈ）は図１のノードＨの波形でＰＷＭ回路８の出力信号であり、モータが回転している通常時は外部から入力される可聴帯域外のＰＷＭ信号を出力してモータを駆動する。モータがロック状態となると、第１のラッチ回路６の出力信号と第２のラッチ回路７の出力信号がどちらも“Ｈ”の期間が自動復帰期間となり、自動復帰期間以外はモータ駆動信号の出力を停止し、自動復帰期間はモータを駆動する自動復帰信号を出力してモータの起動が試行される。この自動復帰信号を人の聴覚の感度が高い数百Ｈｚ〜１０ｋＨｚ程度のＰＷＭ信号とすることで、コイルに電流が流れて音が鳴るため、音でモータがロック状態であることを直ちに周囲に知らせることが可能である。

ただし、上位システムの制御信号によりモータが停止した場合は、ロック状態ではないためモータへ自動復帰信号は出力されないよう構成する。例えばＰＷＭ回路８に上位システムの制御信号を入力しモータへの駆動信号の出力を停止するように構成すれば、自動復帰信号は出力されない。このように構成することで、ロック状態となってモータが停止した時のみ音で周囲に知らせることが可能である。

なお、自動復帰信号を音階に対応する周波数のＰＷＭ信号とし時間的に変調して、より注意を引く音やメロディを鳴らしロック状態をアピールすることも可能である。例えば、時間Ｔ１＝０．５秒のうち０．１秒を３３０Ｈｚ，０．１秒を２９４Ｈｚ，０．１秒を３４９Ｈｚ，０．２秒を３７０ＨｚのＰＷＭ信号としＴ２＝５．５秒とすると、自動復帰期間の０．５秒に“ミレファファ♯”と音が鳴った後５秒の無音が繰り返され、時間Ｔ１＝０．５秒のうち０．２秒を１９７５Ｈｚ，０．３秒を２４８９ＨｚのＰＷＭ信号とすると“シミ”と音が鳴った後５秒の無音が繰り返される。

また、図書館のように周囲の環境音が小さい場合には、自動復帰信号をデューティ比の小さいＰＷＭ信号とするとロック状態を知らせる音を小さくすることも可能である。

本実施例では、ブラシレスモータを駆動するモータ駆動回路の例を示したが、ブラシ付きモータを駆動するモータ駆動回路にも利用可能である。

以上のように、本発明によれば、上位システムを介さずにモータがロック状態であることを音で周囲に知らせることが可能となるため、上位システムにロック状態であることを知らせる信号を出力する端子や配線が不要となり、ノートパソコンのように軽量化要求が強い製品への適用に効果的である。また、ノートパソコンのファンモータがロックした場合には、冷却機能の低下によりＣＰＵの温度が上昇して性能が低下してしまうが、ユーザーがロック状態を直ちに知ることができるため、ロック状態となった要因を取り除くことでＣＰＵの性能が低下している時間を最小化することが可能となる。

さらに自動復帰信号を音階に対応する周波数で時間の経過とともに変調したＰＷＭ信号とすることでメロディを形成することができ、ユーザーや周囲の人が不快と感じることがなくなる。

１：回転検出回路
２：ＮＡＮＤ回路
３：ＡＮＤ回路
４：第１のカウンタ
５：第２のカウンタ
６：第１のラッチ回路
７：第２のラッチ回路
８：ＰＷＭ回路
９：出力回路
１０：駆動回路
１１：モータ

Claims (4)

1. モータの回転状態を検出する検出信号に応じて前記モータが回転している場合は前記モータへ可聴帯域外の周波数のＰＷＭ信号である駆動信号を出力し、前記モータがロックして回転が停止したことが検出された場合は前記モータへの駆動信号の出力を停止し、所定時間経過後に前記モータの回転を復帰させる自動復帰信号を出力するモータ駆動方法において、
   前記自動復帰信号は可聴帯域の周波数のＰＷＭ信号であることを特徴とするモータ駆動方法。
2. 前記自動復帰信号は音階に応じた周波数であり、前記周波数が時間的に変調されたＰＷＭ信号であることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動方法。
3. モータの回転状態を検出する検出信号に応じて前記モータが回転している場合は前記モータへ可聴帯域外の周波数のＰＷＭ信号である駆動信号を出力し、前記モータがロックして回転が停止したことが検出された場合は前記モータへの駆動信号の出力を停止し、所定時間経過後に前記モータの回転を復帰させる自動復帰信号を出力するモータ駆動回路において、
   前記自動復帰信号として可聴帯域の周波数のＰＷＭ信号を出力する手段を有することを特徴とするモータ駆動回路。
4. 前記自動復帰信号として、音階に応じた周波数であり、前記周波数が時間的に変調されたＰＷＭ信号を出力する手段を有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。

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