JP5650399B2 - 加減速検出回路 - Google Patents

Description

本発明は、モータの回転速度が一定状態、加速状態、または減速状態であるかを検出する加減速検出回路に関する。

加減速検出回路は、たとえば複写機、プリンタなどの情報機器などに用いられるモータの駆動装置に設けられる。加減速検出回路から取り出された制御信号は、たとえばＣＰＵで信号処理されてモータの回転速度を制御したり、または、加減速状態に生じ得るモータから電源への逆電流を抑えたりするために用いられる。

特許文献１（特開２００８−５６８３号公報）は、ホールＩＣ等の位置検出を用いたブラシレスＤＣモータの駆動装置に関する。回転速度に変化が生じた場合でも正常な動作が行えるよう選択手段を設ける。該選択手段は、検出した回転速度が第１しきい値よりも早い場合は１２０度通電方式、または、１８０度通電方式を選択し、検出した回転速度が第１しきい値よりも遅い場合は正弦通電方式を選択する構成としている。

特許文献１、図２を参照すると１２０度通電方式、１８０度通電方式、及び正弦波通電方式の３つが示されている。１２０度通電方式及び１８０度通電方式は矩形波（方形波）を用いたいわゆる方形波駆動方式のことである。

特許文献２（特開２００２−２７２１６２号公報）は、同期整流型ＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動時にモータ回転数の変動または負荷変動またはトルク指令の減速指令により、トルク指令に比例したＰＷＭ駆動のパルス幅が減少し、駆動コイルに流れる回生電流が電源に向かって逆流するという、すなわち、負電流が発生するという不具合を示唆する。負電流が電源側に流れ込むことにより電源電圧が上昇し、モータ及びモータ駆動装置またはこのモータを搭載したセットが破壊するという不具合が生じることを指摘する。そこで、特許文献２は、減速検出手段を用意し、該減速検出手段は減速期間の有無を検出し、減速期間以外においては、同期整流型ＰＷＭ駆動によってトランジスタをオン／オフさせる。また、減速期間中であることを検出した場合には、片側ＰＷＭ駆動に切り換える。これにより回生電流の流れる経路を切り換えるというものである。すなわち、起動時及び定常時は同期整流型ＰＷＭ駆動により極めて低損失な駆動が実現でき、速度制御の引き込み時または負荷変動等によるトルク指令の減速状態は片側ＰＷＭ駆動に切り換えることで電源への負電流の流れ込みを防止するものである。

特許文献３（特開２００８−７２７８８号公報）は、特許文献２と同じ技術分野にかかわり、ほぼ同じ不具合を指摘する。すなわち、モータの減速期間中、電流が電源側へ逆流し、電源電圧の昇圧によりデバイスが破壊するという不具合を指摘する。また、特許文献３にも特許文献２とほぼ同様に同期整流型ＰＷＭ駆動と片側ＰＷＭ駆動とを切り換えるものが開示されている。

特許文献３に開示された特徴は、その図１に示されているが、特に着目すべきは速度偏差検出回路９及び回転速度制御回路８であると思料する。これら２つの回路は、たとえば、その段落番号００２０、００２１に記述されている。要約すると次のとおりである。すなわち、
（ａ）速度偏差検出回路９には速度指令信号及び速度検出信号（ＦＧ信号）が入力され、モータの回転速度（ロータマグネットの回転速度）が目標速度領域に含まれているかが検出される。
（ｂ）速度偏差検出回路９は、基準クロックを所定倍（たとえば１０２４倍）したパルス信号を用いて、速度指令信号による目標速度とＦＧ信号により検出されるモータ回転速度の差を求める。
（ｃ）速度偏差検出回路９は、速度の差に相当する差分パルス数が例えば目標速度の±６％以内であれば、モータの回転速度が目標速度領域内であると判定する。
（ｄ）速度偏差検出回路９は、モータ回転速度が目標速度領域内であるか否かの検出結果を一定回転検出信号として出力する。
（ｅ）速度偏差検出回路９は、差分パルス数を速度差情報として回転速度制御回路へ出力する。
（ｆ）速度制御回路８は入力された差分パルス（速度差情報）をアナログ信号に変換し、速度制御信号として出力する。
（ｇ）速度制御回路８から出力された速度制御信号は、モータ回転速度が目標速度より遅ければ加速指令となり、モータ回転速度が目標速度より速ければ減速指令となる。

特許文献３、上記（ａ）〜（ｇ）の要件の中で、要件（ａ）〜（ｄ）は後述する本発明の技術的思想に類似する。

特許文献４（特開２００８−２５２９６５号公報）は、適正なタイミングで矩形波駆動から正弦波駆動に切り換えることができるモータの駆動装置を提供するとしている。

モータの回転位置検出に３つのホール素子を用い、これら３つのホール素子は電気角で１２０度ずつずらした位置に配置される。３つのホール素子から出力される信号は矩形波信号として生成される。

特許文献４は、ホール素子から出力されるホール信号の周期をカウントするためのカウンタを備える。カウンタのカウント数が所定値（たとえば３）未満である場合には矩形波駆動を、カウント数が所定値（たとえば３）以上である場合には正弦波駆動をそれぞれ選択するとしている。

特許文献４、図４を参照すると、ホール位置信号Ｈｕの周期Ｔ２が設定周期Ｔ０未満、すなわち、周期Ｔ２＜周期Ｔ０であり、かつ、ホール位置信号Ｈｕが３エッジ以上、すなわち、３カウント以上であるものが例示されている。そして、周期Ｔ２をもったホール位置信号Ｈｕが３カウントに達したタイミングで矩形波駆動から正弦波駆動に切り換えるものが開示されている。

特許文献５（特開２００９−１４１９９０号公報）は、本発明者が提案したモータ駆動装置及びこれを用いた電気機器に関する。特許文献５は、モータの回転速度を高精度に制御することが可能なモータ駆動装置を提供する。そのために、モータ駆動信号の周期補正を行うに際して、モータの回転速度が一定状態であると判断したときには、周期補正の頻度を下げ、逆に、モータの回転速度に変動が生じていると判断したときには、周期補正の頻度を上げる構成とするものである。

図７は、特許文献５、図１に示されたモータの駆動装置を構成する内挿パルス信号生成回路Ａの一部を抜粋したモータ駆動装置７００を示す。

モータ駆動装置７００を構成する内挿パルス信号生成回路Ａは、図示しないモータを形成する３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のコイルに電流を供給することによりモータの駆動制御を行う。また、モータの回転状態を検出する手段として、モータには３相（Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相）のホールセンサが外付けされるが、これらのホールセンサは図７には図示していない。図７は各相のホールセンサから各々差動入力される正弦波信号を互いに比較して得たパルス状のホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷが第１内挿パルス信号生成部Ａ１と第２内挿パルス信号生成部Ａ２に各別に供給される状態を示す。

内挿パルス信号生成回路Ａは、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの１周期（電気角３６０度）で生成されるパルス数が所定の目標値となるように第１内挿パルス信号生成部Ａ１と第２内挿パルス信号生成回路Ａ２を有して成る。

第１内挿パルス信号生成部Ａ１は、第１内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ１を生成する手段であり、分周器Ａ１１、カウンタＡ１２、レジスタＡ１３、カウンタＡ１４及び比較部Ａ１５を有して成る。

第１内挿パルス信号生成部Ａ１は、第１内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ１を生成するに際して、ホール信号ＨＵの１周期（電気角３６０度）で生成されるパルス数が所定の目標値となるように、ホール信号ＨＵの１周期毎に、第１内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ１のパルス生成間隔を調整する。

第２内挿パルス信号生成部Ａ２は、３相分のホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの入力を受けて、第２内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ２を生成する手段であり、合成部Ａ２０、分周器Ａ２１、カウンタＡ２２、レジスタＡ２３、カウンタＡ２４、及び比較部Ａ２５を有して成る。

第２内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ２は、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、及びＨＷの６分の１の周期（電気角６０度）に、そのパルス生成間隔が調整される。すなわち、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ２は、第１内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ１よりも６倍の頻度でそのパルス生成間隔が調整される。したがって、第２内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ２に基づく周期でモータ駆動信号の波形生成を行えば、モータの回転速度が急激に変動したときでも、モータ駆動信号の周期補正を行うことができる。しかし、第２内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ２は、３相のホール信号ＨＵ、ＨＶ、及びＨＷを合成して得られる合成ホール信号ＭＩＸから生成されるため、各相のホールセンサの取り付け位置が偏倚したときにはモータ駆動信号の波形誤差が生じやすくなる。また、第１内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ１よりも高い頻度で、そのパルス生成間隔が調整されることから回転むらが比較的大きくなるという不具合が生じ得る。

そこで特許文献５は、モータの回転速度が一定状態であると判断されたときには、第１内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ１を選択し、逆にモータの回転速度に変動が生じていると判断されたときには、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫとして、第２内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫ２を選択する構成としている。

すなわち、特許文献５に示される内挿パルス信号生成回路Ａは、ホール信号ＨＵ、ＨＶ、ＨＷの１周期で生成されるパルス数が所定の目標値となるように、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫのパルス生成間隔を調整するに際して、モータの回転速度が一定状態であると判断したときには、パルス生成間隔の調整頻度を下げ、逆に、モータの回転速度に変動が生じていると判断したときにはパルス生成間隔の調整頻度を上げる構成としている。

このような構成とすることにより、モータの駆動状態に応じて、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫのパルス生成間隔を適切な頻度で調整し、モータ駆動信号の周期補正の頻度を最適化することができるので、常にモータの回転速度を高精度に制御することが可能となる。

図８はモータが減速した際に生じ得る電源ＶＤＤの上昇のメカニズムを説明するためのモータ駆動装置８００を示す。モータ駆動装置８００には、同期整流型ＰＷＭ駆動が用いられ、スイッチング素子として、トランジスタＭ１〜Ｍ６の６つのトランジスタが用意される。

トランジスタＭ１〜Ｍ６はＭＯＳトランジスタであってもよく、バイポーラトランジスタであってもよい。トランジスタＭ１〜Ｍ６がＭＯＳトランジスタであるとき、それらの制御電極はゲートであり、バイポーラトランジスタである場合にはそれらの制御電極はベースである。図８にはＭＯＳトランジスタを示すのでトランジスタＭ１〜Ｍ６の制御電極Ｇ１〜Ｇ６はゲートということになる。ゲートＧ１〜Ｇ６には図示しないスイッチング信号が供給される。スイッチング信号はパルス幅が時間の経過とともに遷移する、いわゆるＰＷＭ信号である。

図８において、トランジスタＭ１とＭ２とは直列に接続される。同様に、トランジスタＭ３とＭ４とが直列に接続され、トランジスタＭ５とＭ６とが直列に接続される。一般的にこの種のモータ駆動装置では、電源ＶＤＤに接続されるトランジスタＭ１、Ｍ３、及びＭ５を上側トランジスタと称する。また、接地電位ＧＮＤ側に接続されるトランジスタＭ２、Ｍ４、及びＭ６を下側トランジスタと称する。上側トランジスタと下側トランジスタとに分ける方法は、たとえば同期整流型ＰＷＭ駆動と片側ＰＷＭ駆動との違いを説明するのに極めて好都合である。なぜならば、同期整流型ＰＷＭ駆動と称する場合は、下側トランジスタが上側トランジスタと同期し、かつ、ＰＷＭ駆動信号に応動してオン／オフ動作を行っていることであり、片側ＰＷＭ駆動とは上側トランジスタまたは下側トランジスタのみがＰＷＭ駆動信号に応動しているとして説明できるからである。いずれにしても上側トランジスタ及び下側トランジスタの各トランジスタの共通接続点にはモータＭを構成する３相（Ｕ、Ｖ、Ｗ）のコイルが各別に接続されている。

トランジスタＭ１とＭ２の共通接続点にはＵ相コイルが、トランジスタＭ３とＭ４の共通接続点にはＶ相コイルが、トランジスタＭ５とＭ６の共通接続点にはＷ相コイルが各別に接続される。下側トランジスタＭ２、Ｍ４、及びＭ６のソース又はドレインは共通接続され、該共通の接続点は抵抗Ｒの一端に接続され、その他端は接地電位ＧＮＤに接続される。

抵抗Ｒの一端に取り出される電圧ＶＤは図示しない、たとえばオペアンプのたとえば非反転入力端子に供給される。該オペアンプは、図示しないたとえばプリドライブ回路を制御し、プリドライブ回路はトランジスタＭ１〜Ｍ６の各ゲートＧ１〜Ｇ６を制御することにより、各相のコイルに流れる電流を所定の大きさに制御する。

トランジスタＭ１〜Ｍ６はＰＷＭ駆動に応じてそれぞれオン状態及びオフ状態が存在する。しかし、図８には説明の便宜上、上側トランジスタＭ１、Ｍ３、及びＭ５においては、トランジスタＭ１はオンではあるが、トランジスタＭ３及びＭ５は共にオフ状態である期間を示す。また、下側トランジスタＭ２、Ｍ４、及びＭ６においては、トランジスタＭ２及びＭ４は共にオフ状態あり、トランジスタＭ６がＰＷＭ駆動信号に応じてオン／オフ動作を行っている状態を示し、かつ、トランジスタＭ６の制御電極Ｇ６にはデューティ比が高い状態から低い状態に変化するスイッチング信号が供給される状態を示す。

図８において、モータＭを構成するＶ相、Ｕ相、及びＷ相のコイルには電源ＶＤＤから回生電流ｉ１が流れる。しかし、トランジスタＭ６の制御電極Ｇ６に供給されるスイッチング信号、すなわち、ＰＷＭ駆動信号のデューティ比が低い場合には、トランジスタＭ６は、回生電流ｉ１を吸い込むに充分なオン状態には至っていない。このため、トランジスタＭ６で吸い込めない回生電流ｉ１の一部は、回生電流ｉ２としてトランジスタＭ５側を介して電源ＶＤＤに流れ続ける。電源ＶＤＤの出力インピーダンスの大きさにも依存するが、回生電流ｉ２によって電源ＶＤＤの電圧は上昇する。電源ＶＤＤの電圧が異常に上昇すると、電源ＶＤＤに接続されるたとえばプリドライブ回路、トランジスタＭ１〜Ｍ６、その他の電子素子、及びモータ等の耐圧を超え、延いてはこれらの回路や電子素子が劣化又は破壊に至る。

特開２００８−５６８３号公報 特開２００２−２７２１６２号公報 特開２００８−７２７８８号公報 特開２００８−２５２９６５号公報 特開２００９−１４１９９０号公報

本発明の加減速検出回路は、上記特許文献１〜５の技術分野に関連し、モータの回転速度が一定状態であるのか、それとも加速状態であるのか、それとも減速状態であるかを検出するための加減速検出回路を提供する。モータの回転速度に加速状態または減速状態が検出されたときは、モータの通電方式、すなわちモータの駆動方式を切り換えて、電源電圧の上昇を抑え、トランジスタやモータが損傷や破壊されないようにするというものである。

本発明の特徴は後述で明らかにされるが、以下、本発明と各特許文献との間での「類似点」及び「相違点」を要約して述べる。なお、本書でいう「類似点」の中には上位概念まで含み、必ずしも本発明の回路構成とは近接していないものも含めている。

本発明と特許文献１との比較において、類似点の第１はモータの回転位置を検出するのにホール素子を用いている点である。第２はモータの回転速度に第1しきい値と第２しきい値を設け、これらのしきい値とモータの回転速度とを比較し、その比較結果に応じてモータの通電方式を切り換えるということである。

本発明と特許文献１との相違点の第１は特許文献１には回生電流が電源側に流れ込み電源電圧を上昇させるという不具合については開示されていなく、また、示唆されていないということである。その第２はモータに取り付けられたホールセンサから出力されるホール信号の１周期に内挿される内挿パルス信号を生成するパルス生成部に相当する回路機能が存在しないことである。その第３は内挿パルス信号の数をホール信号の１周期の期間内でカウントするカウンタに相当する回路機能が存在しないことである。その第４はカウンタのカウント値Ｎｘに応じて加速判定パルスまたは減速判定パルスを出力する比較回路に相当する回路機能が存在しないことである。

本発明と特許文献２との比較において、類似点の第１は、両者は負電流すなわち回生電流が電源側に流れ込むことによって、電源電圧が上昇し、モータ及びモータ駆動装置が破壊されるという不具合を指摘している点である。その第２は、モータの減速期間とそれ以外に着目し、減速期間中であると判断されたときには、回生電流の経路を切り換えて、電源電圧の上昇を抑えるということである。このために同期整流型ＰＷＭモードと、上側トランジスタと下側トランジスタのいずれか一方のみをＰＷＭ動作させる片側ＰＷＭモードとの間で切り換えるとしている。なお、特許文献２に示された片側ＰＷＭ駆動モードはその図３を参照すると、下側トランジスタをＰＷＭ駆動していることが分かる。

本発明と特許文献２との相違点は特許文献１と同様に、特許文献２には回生電流が電源側に流れ込み電源電圧を上昇させるという不具合については開示されていないことである。その第２はモータに取り付けられたホールセンサから出力されるホール信号の１周期に内挿される内挿パルス信号を生成するパルス生成部に相当する回路機能が存在しないことである。その第３は内挿パルス信号の数をホール信号の１周期の期間内でカウントするカウンタに相当する回路機能が存在しないことである。その第４はカウンタのカウント値Ｎｘに応じて加速判定パルスまたは減速判定パルスを出力する比較回路に相当する回路機能が存在していないことである。

本発明と特許文献３との比較において、類似点の第１は、両者は負電流、すなわち回生電流が電源側に流れ込むことによって、電源電圧が上昇し、モータ及びモータ駆動装置が破壊されるという不具合を指摘している点である。その第２はモータの回転速度の偏差、すなわち、モータ回転速度の加速状態または減速状態を検出する回路を用意している点である。すなわち、特許文献３には速度偏差検出回路９が示されており、速度偏差検出回路９には速度検出信号（ＦＧ信号）が入力され、モータの回転速度が目標速度領域に含まれているかが検出される。また、速度偏差検出回路９では基準クロックを所定倍（例えば１０２４倍）したパルスを用いて、速度指令信号による目標速度とＦＧ信号により検出されるモータ回転速度の差を求める。また、両者の第３の類似点は、共にモータの通電方式を切り換えるということである。なお、特許文献３においては、減速信号に基づき、同期整流型ＰＷＭ駆動方式から片側ＰＷＭ駆動方式に切り換えるとしている。

本発明と特許文献３の相違点は特許文献１、２と同様に、特許文献３には回生電流が電源側に流れ込み電源電圧を上昇させるという不具合については開示していなく、また、示唆していない。その第２はモータに取り付けられたホールセンサから出力されるホール信号の１周期に内挿される内挿パルス信号を生成するパルス生成部に相当する回路機能が存在しないことである。その第３は内挿パルス信号の数をホール信号の１周期の期間内でカウントするカウンタに相当する回路機能が存在しないことである。その第４はカウンタのカウント値に応じて加速判定パルスまたは減速判定パルスを出力する比較回路に相当する回路機能が存在しないことである。

本発明と特許文献４との比較において、類似点の第１は、両者はホール信号の周期幅に着目した点である。その第２はホール信号の周期幅モータの回転速度の偏差、すなわち、加速状態または減速状態を検出する回路を用意している点である。その第３は、モータの通電方式を切り換えるということである。なお、通電方式は、ＰＷＭ駆動と正弦波駆動を切り換えるとしている。

本発明と特許文献４の相違点は特許文献１、２、３と同様に、第１に回生電流が電源側に流れ込み電源電圧を上昇させるという不具合については開示されていなく、また、示唆されていないということである。その第２はモータに取り付けられたホールセンサから出力されるホール信号の１周期に内挿される内挿パルス信号を生成するパルス生成部に相当する回路機能が存在しないことである。その第３は内挿パルス信号の数をホール信号の１周期の期間内でカウントするカウンタに相当する回路機能が存在しないことである。その第４はカウンタのカウント値に応じて加速判定パルスまたは減速判定パルスを出力する比較回路に相当する回路機能が存在していないことである。

本発明と特許文献５との比較において、第１の類似点は、本発明のパルス生成部は、特許文献５に示した第１内挿パルス信号生成部Ａ１とほとんど同じ回路構成を用いていることである。

本発明と特許文献５の相違点は第１に回生電流が電源側に流れ込み電源電圧を上昇させるという不具合については開示されていなく、また、示唆されていないということである。その第２は内挿パルス信号の数をホール信号の１周期の期間内でカウントするカウンタに相当する回路機能が存在しないことである。その第３はカウンタのカウント値Ｎｘに応じて加速判定パルスまたは減速判定パルスを出力する比較回路に相当する回路機能が存在しないことである。

本発明と上記各特許文献１〜５を比較してみると、特許文献のいずれにおいても、第１に内挿パルス信号の数をホール信号の１周期の期間内でカウントするカウンタに相当する回路機能が存在していないこと。その第２はカウンタのカウント値に応じて加速判定パルスまたは減速判定パルスを出力する比較回路に相当する回路機能が存在していないものと思料する。

本発明の加減速検出回路（１００）は、
（ａ）モータの回転速度の一定状態、加速状態、または減速状態を検出する加減速検出回路であって、
（ｂ）モータに取り付けられたホールセンサから出力されるホール信号（ＨＵ）の１周期に内挿される内挿パルス信号を生成するパルス生成部（１１０）と、
（ｃ）内挿パルス信号（ＤＩＶＣＬＫ）の数をホール信号（ＨＵ）の１周期の期間内でカウントするカウンタ（１２１）と、カウンタ（１２１）のカウント値Ｎｘに応じて加速判定パルス（Ｊａ）または減速判定パルス（Ｊｂ）を出力する比較回路（１２２、１２３）を備える。

また、本発明の加減速検出回路（１００）において、内挿パルス信号（ＤＩＶＣＬＫ）は、ホール信号（ＨＵ）の１周期のＮ分の１（Ｎは整数）の周期を有し、該Ｎの大きさはホール信号１周期の電気角の整数倍であり、たとえばＮ＝３６０に設定される。

また、本発明の加減速検出回路（１００）において、比較回路は、第１比較回路（１２２）と第２比較回路（１２３）とを有し、第１比較回路（１２２）には第1目標カウント値（Ｎｄ）が、第２比較回路（１２３）には第２目標カウント値（Ｎｕ）がそれぞれ与えられ、カウント値（Ｎｘ）を第１目標カウント値（Ｎｄ）または第２目標カウント値Ｎｕと比較してモータの回転速度が一定状態、加速状態、または減速状態であるかを検出する。

また、本発明の加減速検出回路（１００）は、さらに、加減速判定部（１３０）を有し、加減速判定部（１３０）にはカウント値（Ｎｘ）と第１目標カウント値（Ｎｄ）とを比較し第１比較回路（１２２）から出力される加速判定パルス（Ｊａ）と、カウント値（Ｎｘ）と第２目標カウント値（Ｎｕ）とを比較し、第２比較回路（１２３）から出力される減速判定パルス（Ｊｂ）が入力される。

また、本発明の加減速検出回路（１００）において、加減速判定部（１３０）は、加速判定パルス（Ｊａ）または減速判定パルス（Ｊｂ）が入力されるＲＳフリップフロップ（１３２）と、Ｄ入力端子にＲＳフリップフロップ（１３２）の出力信号が入力され、出力端子から一定状態、加速状態、または減速状態の情報を表す加減速判定最終信号（Ｊｏｕｔ１、Ｊｏｕｔ２、Ｊｏｕｔ３）が出力されるＤフリップフロップ（１３４）を有し、ＲＳフリップフロップ（１３２）はホール信号（ＨＵ）の周期ごとにリセットされる。

また、本発明の加減速検出回路（１００）において、加減速判定最終信号（Ｊｏｕｔ１、Ｊｏｕｔ２、Ｊｏｕｔ３）は、モータの通電方式を切り換える制御信号として用いる。

また、本発明の加減速検出回路（１００）において、 パルス生成部（１１０）は、ホール信号（ＨＵ）よりも充分に高速な基準クロック信号（ＣＬＫ）をＮ分周（Ｎは整数）して、分周クロック信号（Ｄ１１１）を生成する分周器（１１１）と、分周クロック信号（Ｄ１１１）のパルス数をカウントし、ホール信号（ＨＵ）のパルスエッジでカウント値をクリアする第１カウンタ（１１２）と、ホール信号のパルスエッジで第１カウンタのカウント値をホールドするレジスタ（１１３）と、基準クロック信号（ＣＬＫ）のパルス数をカウントし、ホール信号（ＨＵ）のパルスエッジでカウント値をクリアする第２カウンタ（１１４）と、レジスタ（１１３）のホールド値とカウンタのカウントが互いに一致したときに。ホール信号の１周期に内挿された内挿パルス信号（ＤＩＶＣＬＫ）を生成する比較回路（１１５）を有する。

本発明の加減速検出回路は、ホール信号の１周期の期間に内挿された内挿パルス信号を１周期の電気角の整数倍のパルス数を発生させ、ホール信号の周期が変化したときにその内挿パルス信号をホール信号の１周期でカウントするカウンタと、該カウンタでカウントしたパルスの値をモータの加速及び減速状態に応じたカウント目標値と比較することで、モータの回転速度が一定状態、加速状態、減速状態であるかを検出し判定することができる。

本発明にかかる加減速検出回路を示す。 本発明にかかる加減速検出回路においてモータの回転速度の加速及び減速状態の判定を行う加減速判定部を示す。 本発明にかかる加減速検出回路において加速であるか否かの判定を行う加減速判定部を示す。 本発明にかかる加減速検出回路において減速であるか否かの判定を行う加減速判定部を示す。 本発明にかかる加減速検出回路においてモータの回転速度が一定状態のときに各ノードに表れる信号を示す。 本発明にかかる加減速検出回路においてモータの回転速度が所定の回転よりも加速されたときの各ノードに表れる信号を示す。 本発明にかかる加減速検出回路においてモータの回転速度が所定の速度よりも減速されたときの各ノードに表れる信号を示す。 本発明にかかる加減速検出回路によってモータの通電を切り換え状態を説明するための図である。 従来のモータ駆動装置を示す。 従来のモータが減速した際に電源ＶＤＤが上昇するメカニズムを説明するためのモータ駆動装置を示す。

（発明の実施形態）
図１は本発明にかかる加減速検出回路１００を示し、パルス生成部１１０と加減速検出部１２０を有して構成される。なお、パルス生成部１１０は、図７に示した従前よく知られた第１内挿パルス信号生成部Ａ１とほぼ同じ回路構成を用いる。なお、図１において、参照符号ＣＬＫは基準クロック信号を、参照符号ＥＮはイネーブル端子をそれぞれ表す。イネーブル端子ＥＮに入力される入力信号に基づきカウンタやレジスタは動作可能状態に置かれる。

パルス生成部１１０は、分周器１１１、カウンタ１１２、レジスタ１１３、カウンタ１１４、及び比較回路１１５とを有して成り、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫを生成する手段である。内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫは後述するホール信号の周期のＮ（Ｎは整数、たとえばＮ＝３６０）分の１の周期を有するクロック信号として生成される。

パルス生成部１１０は、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫを生成するに際して、ホール信号ＨＵの１周期（電気角３６０度）で生成されるパルス数が所定の目標値となるように、ホール信号の１周期毎に、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫのパルス生成間隔を調整する。

パルス生成部１１０において、分周器１１１は、基準クロック信号ＣＬＫを、Ｎ分周（たとえばＮ＝３６０）して、分周クロック信号Ｄ１１１を生成する。また、分周器１１１は、Ｕ相のホール信号ＨＵの立上がりエッジまたは立下りエッジ毎に、その分周動作をリセットする。なお、分周器１１１をリセットする信号はＵ相のホール信号ＨＵではなく、図示しないＶ相のホール信号ＨＶやＷ相のホール信号ＨＷであってもよい。

基準クロック信号ＣＬＫは、ホール信号ＨＵ（ＨＶ、ＨＷ）よりも十分に高速なクロック信号に設定される。たとえば、ホール信号ＨＵ（ＨＶ、ＨＷ）の周波数のオーダーが数ＫＨｚであるのに対して、基準クロック信号ＣＬＫのそれは数十ＭＨｚである。

カウンタ１１２は、基準クロック信号ＣＬＫが分周器１１１で分周された分周クロック信号Ｄ１１１のパルス数をカウントし、ホール信号ＨＵの立上がりエッジでクリアする。分周器１１１の分周比は、たとえば３６０カウントとしている。このカウント値はホール信号ＨＵの１周期、すなわち、電気角３６０度をどの程度の頻度で刻むかによって決める。したがって、分周比を３６０カウントとした場合、その刻みの頻度は１カウントあたり電気角１度に当たる。

レジスタ１１３は、Ｕ相のホール信号ＨＵの立上がりエッジで、カウンタ１１２のカウント値Ｃ１１２をホールドする。これにより、レジスタ１１３には基準クロック信号ＣＬＫを分周器１１１でホール信号ＨＵの立上がりでカウントした値が格納される。

カウンタ１１４は、基準クロック信号ＣＬＫのパルス数をカウントし、Ｕ相のホール信号ＨＵの立ち上がりエッジでカウント値をクリアする。

比較回路１１５は、レジスタ１１３のホールド値Ｒ１１３とカウンタ１１４のカウント値Ｃ１１４が互いに一致したときに、たとえば、ハイレベルの内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫを出力する。内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫはホール信号ＨＵのＮ分の１の周期を有する。ここで、Ｎの大きさはたとえば、ホール信号ＨＵの１周期の電気角３６０度の整数倍に設定される。本実施の形態ではＮは電気角３６０度と同じ３６０に設定したが、３６０の２倍、３倍、４倍という具合に電気角３６０度の整数倍であることが好ましい。

加減速検出部１２０は、カウンタ１２１、比較回路１２２、１２３、及び加減速判定部１３０とを有して成る。

カウンタ１２１は、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫのパルス数をホール信号ＨＵの１周期の期間でカウントし、後段の比較回路１２２，１２３にそのカウント値Ｎｘを伝える。

比較回路１２２の第１入力端子にはカウンタ１２１でカウントしたカウント値Ｎｘが、第２入力端子には第１目標カウント値Ｎｄが各別に入力される。比較回路１２２は、カウント値Ｎｘと第１目標カウント値Ｎｄが一致したときに、たとえばハイレベルの加速判定パルスＪａを出力する。両者のカウント値が不一致のときには加速判定パルスＪａはたとえばローレベルとなる。

比較回路１２３の第１入力端子にはカウンタ１２１でカウントしたカウント値Ｎｘ、第２入力端子には第２目標カウント値Ｎｕが各別に入力される。比較回路１２３は、カウント値Ｎｘと第２目標カウント値Ｎｕが一致したときに、たとえばハイレベルの減速判定パルスＪｂを出力する。両者のカウント値が不一致のときには減速判定パルスＪｂはたとえばローレベルとなる。

加減速判定部１３０の第１入力端子には加速判定パルスＪａが、第２入力端子には減速判定パルスＪｂが各別に入力される。加減速判定部１３０はモータの加減速状態を最終的に判定した、加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１、Ｊｏｕｔ２、及びＪｏｕｔ３を出力する。こうした加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１、Ｊｏｕｔ２、及びＪｏｕｔ３は、後述する図６に示すように、たとえばモータの通電方式、すなわち駆動方式を切り換えるための制御信号として用いられる。なお、加減速判定部１３０の具体的な回路構成は後述する。

図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃは、加減速判定部１３０の具体的な回路を示す。図２Ａは、モータの速度が加速及び減速が混在した状態であるか否かを、図２Ｂはモータの回転が加速状態であるか否かを、図２Ｃはモータの回転が減速状態であるか否かをそれぞれ判定する回路である。

図２Ａ、図２Ｂ、及び図２Ｃに示す加減速判定部１３０は共に共通の論理回路を有する。すなわち、共にＲＳフリップフロップ１３２とＤフリップフロップ１３４を有する。ただし、図２Ａにはこれらの論理回路の他に論理積回路１３６を用意している。

図２Ａはモータの回転速度が一定状態であるか、それとも加減速状態であるかを検出する加減速判定部１３０の具体的な回路構成を示す。図２Ａにおいて、加減速判定部１３０を構成するＲＳフリップフロップ１３２のセット端子Ｓバーには、図１に示す比較回路１２２から出力された加速判定パルスＪａが入力される。セット端子Ｓバーは、参照符号Ｓの上部に線（バー）を付して表示される。フリップフロップのセット端子Ｓにこのようなバーが付された場合には、セット端子がローレベルの場合にフリップフロップがセットされることを表す。したがって、フリップフロップ１３２はセット端子Ｓバーにローレベルが入力されたときにセットされる。

フリップフロップ１３２のリセット端子Ｒバーには論理積回路１３６の出力が接続され、論理積回路１３６の第１端子及び第２端子にはそれぞれ減速判定パルスＪｂ及びホール信号ＨＵが入力される。減速判定パルスＪｂは図１、比較回路１２３から取り出される。論理積回路１３６は、減速判定パルスＪｂ及びホール信号ＨＵが共にハイのときにハイレベルの信号を出力する。この組み合わせ以外のときにはローレベルを出力する。

フリップフロップ１３２のＱ出力には判定中間パルスＪｃ１が出力される。判定中間パルスＪｃ１はモータの回転速度が一定状態であるか、それとも加速及び減速の混在した状態であるかを表す情報信号である。

判定中間パルスＪｃ１はＤフリップフロップ１３４のＤ入力端子に入力される。Ｄフリップフロップ１３４は、入力端子ＣＫに入力される入力、すなわち、ホール信号ＨＵが「１」になったとき、Ｄ入力の値と同一の出力がＱ出力に表れる。このため、Ｄ入力端子に入力された情報を一時的に記憶することができる。また、Ｄ入力の情報を入力端子ＣＫが入力されるまで遅らせる働きを有する。

図２Ａにおいて、加速判定パルスＪａ及び減速判定パルスＪｂがハイレベル、すなわち、モータの回転速度が一定状態であるとみなされたときにはＲＳフリップフロップ１３２のＱ出力、すなわち、判定中間パルスＪｃ１はハイレベルとなる。判定中間パルスＪｃ１がハイレベルであるときＤフリップフリップ１３４のＱ出力、すなわち、加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１はハイレベルとなる。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１がハイレベルのとき、モータの回転速度は一定状態であるとみなされ、逆にローレベルのときには回転速度は加速状態または減速状態を表すことになる。

図２Ｂは、モータの回転速度が加速状態であるか否かを判定する加減速判定部１３０を構成する具体的な回路構成示す。図２Ｂにおいて、加速判定パルスＪａがハイレベル、すなわち、モータの回転速度が加速状態ではないと判定されたときには、ＲＳフリップフロップ１３２のＱ出力、すなわち、判定中間パルスＪｃ２もハイレベルとなる。判定中間パルスＪｃ２がハイレベルになるとＤフリップフリップ１３４のＱ出力、すなわち、加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２はハイレベルとなる。逆に加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２がローレベルのときには回転速度は加速状態であると判定される。

図２Ｃは、モータの回転速度が減速状態であるか否かを検出する加減速判定部１３０の具体的な回路構成を示す。図２Ｃにおいて、減速判定パルスＪｂがハイレベル、すなわち、モータの回転速度が減速状態ではないと判定されたときには、ＲＳフリップフロップ１３２のＱ出力、すなわち、判定中間パルスＪｃ３もハイレベルとなる。判定中間パルスＪｃ３がハイレベルになるとＤフリップフリップ１３４のＱ出力、すなわち、加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３はハイレベルとなる。逆に加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３がローレベルのときには回転速度は減速状態であると判定される。

図２Ａ〜図２Ｃにおいて、ＲＳフリップフロップ１３２をローレベルからハイレベルへの遷移すなわち、負エッジで動作させるのではなく、ローレベルからハイレベルへの遷移すなわち、正エッジ動作させるようにしてもよい。こうした場合にはＲＳフリップフロップ１３２はセット端子Ｓバーではなくセット端子Ｓとして表示され、また、リセット端子Ｒバーではなくリセット端子Ｒとしてそれぞれ表示される。

なお、図２Ａ〜図２Ｃにおいて、ホール信号ＨＵは、ＲＳフリップフロップ１３２のリセット端子Ｒバー及びＤフリップフロップの入力端子ＣＫに入力される。これによりＲＳフリップフロップ１３２はホール信号ＨＵの負エッジ、すなわちホール信号ＨＵバーでリセットされる。しかし、ホール信号の正エッジでＲＳフリップフロップ１３２をリセットするようにしてもかまわない。

図３は、モータの回転速度が一定状態のときのタイミングチャートを示す。以下図１を参照しながら図３について説明する。図３（ａ）は、モータを形成する３相の中のＵ相のコイルから取り出されるホール信号ＨＵを示す。なお、ホール信号はＵ相ではなく、Ｖ相及びＷ相の少なくとも１つであってもかまわない。すなわち、３相の中の少なくとも１つの相のホール信号を用意すればよい。ホール信号ＨＵの１周期Ｔ１は電気角３６０度に相当する。モータの回転速度が一定状態であるとき、ホール信号ＨＵの１周期は安定しており常に周期Ｔ１の大きさを維持する。

図３（ｂ）は比較回路１１５から出力される内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫを示す。内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫは、ホール信号ＨＵの１周期Ｔ１のＮ分の１の周期をもったクロック信号として生成されている。Ｎ分の１なる大きさは、分周器１１１によって設定される。なお、分周器１１１の分周比は３６０分の１ではなく、たとえば７２０分の１であってもよいし、その他の分周比であってもかまわない。分周比を示すＮの大きさはホール信号ＨＵの１周期の電気角３６０度の整数倍に設定される。内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫの周期がホール信号ＨＵのたとえば３６０（Ｎ＝３６０）分の１及び７２０（Ｎ＝３６０×２）分の１に設定されたとき、内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫの１つのパルスはそれぞれ電気角１度及び０．５度に相当する。

図３（ａ）から図３（ｂ）にかけて図示した参照符合Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３は、図３（ａ）に示したホール信号ＨＵの周期に基づき次の内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫの周期が決定されるということを表している。

図３（ｃ）はホール信号ＨＵの１周期を電気角で示し、電気角が３６０度であることを示している。モータの回転速度が一定状態であるとき、電気角３６０度は参照符号Ｓ０で示すように等間隔で表示される。

図３（ｄ）に示した鋸歯状の信号は、カウンタ１２１が内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫをホール信号の１周期Ｔ１でカウントする状態を示す。モータの回転速度が一定状態のときのカウント値はたとえば３６０に設定される。このカウント値は分周器１１１で決定される。カウント値３６０はホール信号ＨＵの１周期の電気角３６０度の大きさに合わせている。したがって、回転速度が一定状態のときの理想のカウント値Ｎｘは３６０ということになるが、モータの回転速度が一定状態であると判定するには所定のマージンをもたせている。すなわち、目標のカウント値に所定の割合たとえば、±５％乗じたカウント値をマージンとして設ける。この場合、カウント値Ｎｘ＝３６０を中心にカウント値Ｎｘ＝３４２〜３７８が、モータの回転速度が一定状態であるとして判定される。すなわち、本実施の形態ではモータの回転速度が一定状態であると判定される許容範囲ｃｒは、カウント値３４２〜３７８としている。なお、所定の割合は±５％に限定されるものではなく、たとえばホールセンサの取り付け位置の精度等を考慮し随時の割合に設定するとよい。

図３（ｅ）は、比較回路１２２から出力される加速判定パルスＪａを示す。比較回路１２２の第１の入力端子にはカウンタ１２１からのカウント値Ｎｘが入力され、第２の入力端子には第１目標カウント値Ｎｄが与えられ、第１目標カウント値Ｎｄはカウント値３６０の−５％であるカウント値３４２が設定されている。すなわち、比較回路１２２に設定されたカウント値のしきい値はカウント値３４２である。

また、比較回路１２３の第１の入力端子にはカウンタ１２１からのカウント値Ｎｘが入力され、第２の入力端子には第２目標カウント値Ｎｕが与えられ、第２目標カウント値Ｎｕはカウント値３６０の＋５％であるカウント値３７８が設定されている。カウント値ＮｘがＮｄからＮｕまでの範囲、すなわち許容範囲ｃｒ（カウント値３４２〜３７８）の範囲であるときモータの回転速度は一定状態とみなされる。

いまモータの回転速度が一定状態であり、カウンタ１２１のカウント値Ｎｘが３６０であったとすれば、比較回路１２２はカウント値３４２のタイミングでラッチパルスを出力する。このときのラッチパルスはハイレベルからローレベルに遷移するものとして示している。

図３（ｆ）に示した減速判定パルスＪｂは、比較回路１２３から出力される。比較回路１２３の第１入力端子にはカウンタ１２１のカウント値Ｎｘが入力される。比較回路１２３の第２入力端子には第２目標カウント値Ｎｕが入力される。第２目標カウント値Ｎｕは、たとえば、カウント値３７８に設定される。モータの回転速度が一定状態であるときは当然のことながら減速の状態ではないのでカウント値は３７８未満となり、比較回路１２３の出力から取り出される減速判定パルスＪｂはハイレベルを維持する。

図３（ｇ）は、後述の加減速判定最終信号を出力する前に取り出した判定中間パルスＪｃ１を示す。判定中間パルスＪｃ１は図２Ａに示したフリップフロップ１３２のＱ出力から取り出される。モータの回転速度が一定状態のときには、判定中間パルスＪｃ１は、カウント値３４２で立上がり、カウント値３６０で立ち下がるパルスとして出力される。判定中間パルスＪｃ１はラッチされた後リセットされる。

図３（ｈ）は加減速判定部１３０から出力される加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１を示す。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１がハイレベル及びローレベルのどちらに維持されるかは、判定中間パルスＪｃ１のラッチレベルに応じて異なってくる。本実施の形態では判定中間パルスＪｃ１はハイレベルにラッチされるので加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１もハイレベルにラッチされる。したがって、モータの回転速度が一定状態であると判定されたときの加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１はハイレベルに維持される。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１は後述の図６に示すようにたとえば、モータの通電方式、すなわちモータの駆動方式を切換える制御信号として用いられる。

図４は、モータの回転速度が加速状態であるときの各ノードに表れる信号を示す。すなわち、前の図３はモータの回転速度が一定状態であるのに対し、図４はその速度よりも速くなった状態を示す。以下図１も参照しながら図４について説明する。図４（ａ）は、モータを形成する３相の中のＵ相のコイルから取り出されるホール信号ＨＵを示す。なお、ホール信号はＵ相ではなく、Ｖ相及びＷ相の少なくとも１つを用いることができる。ホール信号ＨＵの１周期Ｔ１は電気角３６０度に相当する。モータの回転速度が加速状態であるとき、ホール信号ＨＵの周期は回転速度が一定状態のときの周期Ｔ１よりも短くなり周期Ｔ２に遷移した状態を示す。すなわち、モータの回転速度が加速状態に入ると周期Ｔ２＜Ｔ１の関係が成立する。

図４（ｂ）は比較回路１１５から出力される内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫを示す。内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫは、ホール信号ＨＵの１周期Ｔ１の３６０分の１の周期をもったクロック信号として生成される。３６０分の１なる大きさは、前に述べたように分周器１１１によって設定される。

図４（ａ）から図４（ｂ）にかけて参照符合Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３はホール信号ＨＵの周期に基づき次の内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫの周期が決定されるということを表している。

図４（ｃ）はホール信号ＨＵの１周期の電気角が３６０度であることを示す。電気角３６０度の位置はモータの回転速度が一定状態である状態を参照符号Ｓ０で示す。しかし、モータが加速状態に入ると、周期Ｔ２に応動し電気角３６０度は参照符号Ｓ１で示す位置に遷移する。

図４（ｄ）に示した鋸歯状の信号は、カウンタ１２１が内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫの数をホール信号の１周期Ｔ１でカウントする状態を示す。モータの回転速度が一定状態とみなされるときのカウント値Ｎｘは、第１目標値Ｎｄから第２目標値Ｎｕまでの許容範囲ｃｒで示される。カウント値Ｎｘの理想的な大きさは許容範囲ｃｒの中心値であるカウント値３６０である。このカウント値３６０は分周器１１１で決定される。カウント値３６０はホール信号ＨＵの１周期の電気角３６０度の大きさに合わせている。したがって、回転速度が一定状態とみなされるときの理想カウント値は３６０ということになるが、所定のマージンをみている。たとえば、カウント３６０の±５％の範囲であれば回転速度は一定状態であるとみなすとき、カウント値が３６０を中心にカウント値３４２〜３７８の範囲のときに、モータの回転速度は一定状態であるとして判定される。

図４（ｄ）は、周期Ｔ１の期間、すなわち、モータの回転速度が一定状態であるとみなされる周期Ｔ１においては、カウンタ１２１は許容範囲ｃｒの中心値であるカウント値３６０を示す。しかし、モータの回転速度が加速状態に入った周期Ｔ２では、周期が短くなった分カウント値も少なくなり、速度が一定状態とみなされる最小のカウント値３４２までカウント値△ｃｄだけ足らない状態となる。

図４（ｅ）は、比較回路１２２から出力される加速判定パルスＪａを示す。比較回路１２２の第１の入力端子にはカウンタ１２１からのカウント値Ｎｘが入力され、第２の入力端子には第１目標カウント値Ｎｄが入力され、第１目標カウント値Ｎｄは許容範囲ｃｒの中心値であるカウント値３６０の−５％にあたるカウント値３４２の大きさに設定されている。すなわち、加速状態を検出するために比較回路１２２に設定されたカウント値のしきい値はカウント値３４２である。

カウント値Ｎｘが、回転速度は一定状態とみなされる許容範囲ｃｒの範囲であるときには、ハイレベルからローレベルに遷移するラッチパルスを、カウント値Ｎｘが３４２未満であるときには、比較回路１２２はモータの回転速度は加速状態であることを示すハイレベルの加速判定パルスＪａをそれぞれ出力する。

図４（ｆ）は、減速判定パルスＪｂを示し、減速判定パルスＪｂは、比較回路１２３から出力される。減速判定パルスＪｂは減速状態のみの情報を有するものであり、加速状態の情報は有していない。したがって、モータの回転速度が一定状態であるか加速状態の何れかである場合には、減速判定パルスＪｂはハイレベルを維持したままとなる。

図４（ｇ）は、加減速判定の判定中間パルスＪｃ２を示す。判定中間パルスＪｃ２は図２Ｂに示したフリップフロップ１３２のＱ出力から取り出される。モータの回転速度が一定状態とみなされるときには、判定中間パルスＪｃ２は、カウント値３４２のタイミングで立上がり、カウント値３６０のタイミングで立ち下がるパルスが出力される。判定中間パルスＪｃは一時ラッチされ、その後はリセットされる。

図４（ｈ）は加減速判定部１３０から出力される加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２を示す。モータの回転速度が一定状態であると判定されたときの加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２はたとえばハイレベルに維持される。しかし加速状態と判定される周期Ｔ２に入ると加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２はローレベルに維持される。すなわち、加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２がハイレベルからローレベルに遷移したときは、モータの回転速度は加速状態として検出、判定される。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２は後述の図６に示すようにたとえば、モータを同期整流型ＰＷＭ駆動と片側ＰＷＭ駆動との間で切り換えるようにする。または、同期整流型ＰＷＭ駆動と正弦波駆動との間で切り換えるようにしてもよい。または、特許文献１に開示されるように、１２０度通電方式、１８０度通電方式、及び正弦波通電方式の間で切り換えるようにしてもよい。または、同期整流型ＰＷＭ駆動、片側ＰＷＭ駆動、正弦波駆動、１２０〜１８０度通電方式の中から少なくとも２つ選びこれらの間で通電方式を切り換えるようにしてもかまわない。

図５は、モータの回転速度が減速状態であるときの各ノードに表れる信号を示す。すなわち、前の図３はモータの回転速度が一定状態であるのに対し、図４はその速度よりも遅くなった状態を示す。以下図１も参照しながら図５について説明する。図５（ａ）は、モータを形成する３相の中のＵ相のコイルから取り出されるホール信号ＨＵを示す。なお、ホール信号はＵ相ではなく、３相の中の少なくとも１つの相のホール信号を用意すればよい。ホール信号ＨＵの１周期Ｔ１は電気角３６０度に相当する。

モータの回転速度が減速状態であるとき、ホール信号ＨＵの周期は回転速度が一定状態のときの周期Ｔ１よりも長い周期Ｔ３に遷移する。すなわち、モータの回転速度が減速状態に至ると周期Ｔ１＜Ｔ３の関係が成立する。

図５（ｂ）は比較回路１１５から出力される内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫを示す。たとえば内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫは、ホール信号ＨＵの１周期Ｔ１の３６０分の１の周期をもったクロック信号として生成されている。３６０分の１なる大きさは、前に述べたように分周器１１１によって設定される。

図５（ａ）から図５（ｂ）にかけて示した参照符合Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３は、図５（ａ）に示すホール信号ＨＵの周期に基づき次の内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫの周期が決定されるということを表す。

図５（ｃ）はホール信号ＨＵの１周期の電気角が３６０度であることを示す。電気角３６０度の位置はモータの回転速度が一定状態であるときは参照符号Ｓ０で示される。しかし、モータが加速状態に入ると、周期Ｔ２に応動し電気角３６０度は参照符号Ｓ２で示す位置に遷移する。

図５（ｄ）に示した鋸歯状の信号は、カウンタ１２１が内挿パルス信号ＤＩＶＣＬＫの数をホール信号の１周期Ｔ１でカウントする状態を示す。モータの回転速度が一定状態のときの理想的なカウント値はたとえば３６０に設定される。このカウント値３６０は分周器１１１で決定される。カウント値３６０はホール信号ＨＵの１周期の電気角３６０度の大きさに合わせている。したがって、回転速度が一定状態のときのカウント値は３６０ということになるが、所定のマージンをみている。たとえば、カウント値３６０の±５％の範囲であれば回転速度は一定状態であるとみなすならば、カウント値３６０を中心にカウント値３４２〜３７８の範囲であるとき、モータの回転速度は一定状態であるとみなされる。

図５（ｄ）において、モータの回転速度が一定状態であるとみなされる周期Ｔ１においては、カウンタ１２１は許容範囲ｃｒの中心値であるカウント値３６０を示す。しかし、モータの回転速度が減速状態に入る周期Ｔ３では、回転速度が一定状態とみなされる最大のカウント値３７８をカウント値△ｃｕだけオーバーした状態を示す。

図５（ｅ）は、比較回路１２２から出力される加速判定パルスＪａを示す。比較回路１２２の第１の入力端子にはカウンタ１２１からのカウント値Ｎｘが入力され、第２の入力端子には第１目標カウント値Ｎｄが入力され、カウント値Ｎｄは許容範囲ｃｒの中心値であるカウント値３６０の−５％にあたるカウント値３４２の大きさに設定されている。すなわち、比較回路１２２に設定されたカウント値のしきい値はカウント値３４２である。

カウント値Ｎｘが、回転速度は一定状態とみなされる許容範囲ｃｒの範囲であるときには、ハイレベルからローレベルに遷移するラッチパルスを、カウント値Ｎｘが３４２未満であるときには、比較回路１２２はモータの回転速度は加速状態であることを示すハイレベルの加速判定パルスＪａをそれぞれ出力する。加速判定パルスＪａはカウント値Ｎｘが第１目標カウント値Ｎｄと比較されたものである。加速判定パルスＪａは加速状態のみの情報を有するものであり、減速状態の情報は有していない。したがって、モータの回転速度が一定状態であるか減速状態の何れかである場合には、加速判定パルスＪａは必ず第１目標カウント値Ｎｄ（カウント値３４２）をクリアする。このとき、比較回路１２２は、第１目標カウント値Ｎｄに到達するタイミングでハイレベルからローレベルに遷移するラッチパルスを出力する。

図５（ｆ）は、減速判定パルスＪｂを示し、減速判定パルスＪｂは、比較回路１２３から出力される。回転速度が一定状態とみなされる周期Ｔ１では減速判定パルスＪｂはハイレベルを維持したままである。しかし、周期Ｔ３で示す減速状態に入ると、カウント値Ｎｘが第２目標カウント値Ｎｕ、すなわち、カウント値３７８に到達したタイミングで比較回路１２３から減速判定パルスＪｂがハイレベルからローレベルに遷移したパルスＰｄが出力される。

図５（ｇ）は、加減速判定の判定中間パルスＪｃ３を示す。判定中間パルスＪｃ３は図２Ｃに示したフリップフロップ１３２のＱ出力から取り出される。モータの回転速度が一定状態のときには、判定中間パルスＪｃ３は、パルスＰｄ１で示すようにカウント値３４２で立上がり、カウント値３６０で立ち下がるパルスとして出力される。モータの回転速が減速状態であるときには、パルスＰｄ２で示すようにカウント値３４２のタイミングで立上がり、カウント値３７８で立下がるパルスとして出力される。なお、パルスＰｄ２は時刻ｔ１〜ｔ２の間で発生する。モータの回転速度が減速状態であると判定されたときの判定中間パルスＪｃ３は一時ラッチされ、その後はリセットされる。

図５（ｈ）は加減速判定部１３０から出力される加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３を示す。モータの回転速度が一定状態であると判定されたときの加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３はたとえばハイレベルに維持される。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３は後述の図６に示すようにたとえば、モータを正弦波駆動したり１２０度通電上側スイッチ駆動したりするための制御信号として用いられる。また、加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３は図６には図示していないが、同期整流型ＰＷＭ駆動、片側ＰＷＭ駆動、１２０度〜１８０度通電などの各種各様の通電方式を切り換える制御信号として用いることができる。

加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３は、時刻ｔ３のタイミングでハイレベルからローレベルに遷移する。時刻ｔ３は図５（ａ）に示したホール信号ＨＵがローレベルからハイレベルに遷移したタイミングである。

図６は本発明にかかるモータの通電方式、すなわちモータの駆動方式を切り換える通電切換回路６００を示す。図６に示された加減速判定部１３０は、図１、図２Ａ〜図２Ｃに示したものと同じである。加減速判定部１３０からは、モータの回転速度が一定状態であるのか、それとも加速状態であるのか、それとも減速状態であるかを判定した加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１、Ｊｏｕｔ２、及びＪｏｕｔ３が出力される。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１は図２Ａに示したＤフリップフロップ１３４のＱ出力から取り出される。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１は、モータの回転速度が加速状態と減速状態とが混在している場合に出力される。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ２は、図２Ｂに示したＤフリップフロップ１３４のＱ出力から、モータの回転速度が加速状態であるか否かを判定した信号として取り出される。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３は、図２ｃに示したＤフリップフロップ１３４のＱ出力から、モータの回転速度が減速状態であるか否かを判定した信号として取り出される。

加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ１、Ｊｏｕｔ２、及びＪｏｕｔ３は、モータの通電方式を切り換える制御信号としてスイッチＳＷに供給される。モータの通電方式とは、既に延べたように、モータの一部を構成する３相のコイルに接続されたいわゆる上側トランジスタ及び下側トランジスタの駆動方式を指す。加減速判定最終信号Ｊｏｕｔ３は後述の図６に示すようにたとえば、モータを同期整流型ＰＷＭ駆動と片側ＰＷＭ駆動との間で切り換えるようにする。または、同期整流型ＰＷＭ駆動と正弦波駆動との間で切り換えるようにしてもよい。または、特許文献１に開示されるように、１２０度通電方式、１８０度通電方式、及び正弦波通電方式の間で切り換えるようにしてもよい。または、同期整流型ＰＷＭ駆動、片側ＰＷＭ駆動、正弦波駆動、１２０〜１８０度通電方式の中から少なくとも２つを選びこれらの間で通電方式を切り換えるようにしてもよい。

図６には、各種各様の通電方式の中から、同期整流型ＰＷＭ駆動と、片側ＰＷＭ駆動（１２０度通電上側スイッチ駆動）の２つを示した。スイッチＳＷの接点ｓｗ１には同期整流型ＰＷＭ駆動が接続され、接点ｓｗ２には片側ＰＷＭ駆動（１２０度通電上側スイッチ駆動）が接続される。なお、片側ＰＷＭ駆動とは前にも述べたが、上側トランジスタまたは下側トランジスタのいずれか一方側をＰＷＭ駆動する通電方式である。また、１２０度通電上側スイッチ駆動とは、図８に示した上側トランジスタＭ１、Ｍ３、及びＭ５をＰＷＭ信号で駆動し下側トランジスタＭ２、Ｍ４、及びＭ６を電気角が互いに１２０度ずれた矩形波（方形波）信号でオンオフさせる方式である。したがって、１２０度通電上側スイッチ駆動は片側ＰＷＭ駆動の１つである。なお、上側トランジスタＭ１、Ｍ３、及びＭ５を矩形波で駆動し、下側トランジスタＭ２、Ｍ４、及びＭ６をＰＷＭ信号で駆動するようしにてもよい。こうした通電方式は、電源ＶＤＤに回生電流が逆流するという不具合を防止することができる。

図６において、スイッチＳＷの共通接点ｓｗ０には同期整流型ＰＷＭ駆動または片側ＰＷＭ駆動（１２０度通電上側スイッチ駆動）の何れかに選択された駆動信号Ｄｓが取り出される。駆動信号Ｄｓは例えば図８に示したゲートＧ１〜Ｇ６の一部または全部に供給され、選択されたモータの通電方式によってモータが駆動される。

本発明の加減速検出回路はモータの回転速度が一定状態であるか、加速状態であるか、それとも減速状態であるかを判定した加減速判定最終信号を取り出すことができる。この加減速判定最終信号を用いてモータの通電方式を切り換えることで、電源電圧の異常な上昇を防止することができるので、その産業上の利用可能性は極めて高い。

１００ 加減速検出回路
１１０ パルス生成部
１１１ 分周器
１１２、１１４、１２１ カウンタ
１１３ レジスタ
１１５、１２２、１２３ 比較回路
１２０ 加減速検出部
１３０ 加減速判定部
１３２ ＲＳフリップフロップ
１３４ Ｄフリップフロップ
１３６ 論理積回路
６００ 通電切換回路
７００、８００ モータ駆動装置
ＤＩＶＣＬＫ 内挿パルス信号
ＨＵ ホール信号
Ｊａ 加速判定パルス
Ｊｂ 減速判定パルス
Ｊｏｕｔ１、Ｊｏｕｔ２、Ｊｏｕｔ３ 加減速判定最終信号
ＳＷ スイッチ

Claims (15)

1. モータの回転速度の一定状態、加速状態、または減速状態を検出する加減速検出回路であって、前記モータに取り付けられたホールセンサから出力されるホール信号の１周期に内挿される内挿パルス信号を生成するパルス生成部と、前記内挿パルス信号の数を前記ホール信号の１周期の期間内でカウントするカウンタと、前記カウンタのカウント値Ｎｘに応じて加速判定パルスまたは減速判定パルスを出力する比較回路を備え、
   前記比較回路は、第１比較回路と第２比較回路を有し、前記第１比較回路には第1目標カウント値Ｎｄが、前記第２比較回路には第２目標カウント値Ｎｕが
   それぞれ与えられ、前記カウント値Ｎｘを前記第１目標カウント値Ｎｄまたは第２目標カウント値Ｎｕと比較して前記モータの回転速度が前記一定状態、加速状態、または減速状態であるかを検出し、
   前記加減速検出回路はさらに、加減速判定部を有し、前記加減速判定部には前記カウント値Ｎｘと前記第１目標カウント値Ｎｄとを比較し前記第１比較回路から出力される加速判定パルスと、前記カウント値Ｎｘと前記第２目標カウント値Ｎｕとを比較し、前記第２比較回路から出力される減速判定パルスが入力され、
   前記加減速判定部は、前記加速判定パルスまたは前記減速判定パルスが入力されるＲＳフリップフロップと、Ｄ入力端子に前記ＲＳフリップの出力信号が入力され、出力端子から前記一定状態、加速状態、または減速状態を示す加減速判定最終信号が出力されるＤフリップフロップを有する加減速検出回路。
2. 請求項１において、前記内挿パルス信号は、前記ホール信号の１周期のＮ分の１（Ｎは整数）の周期を有する加減速検出回路。
3. 請求項２において、前記Ｎは、前記ホール信号の１周期の電気角３６０度の整数倍である加減速検出回路。
4. 請求項３において、前記Ｎは、３６０である加減速検出回路。
5. 請求項１において、前記Ｎｄは前記Ｎｘに所定の割合を乗じたカウント値だけ小さく、前記Ｎｕは前記Ｎｘに所定の割合を乗じたカウント値だけ大きい加減速検出回路。
6. 請求項１において、前記Ｎｄ、前記Ｎｘ、及び前記ＮｕがＮｄ≦Ｎｘ≦Ｎｕの範囲におかれたとき前記モータの回転速度は前記一定状態とする加減速検出回路。
7. 請求項１において、前記Ｎｄ、及び前記ＮｘがＮｘ＜Ｎｄの関係式におかれたとき前記モータの回転速度は前記加速状態あるとする加減速検出回路。
8. 請求項１において、前記Ｎｕ、及び前記ＮｘがＮｘ＞Ｎｕの関係式におかれたとき前記モータの回転速度は前記減速状態あるとする加減速検出回路。
9. 請求項１において、前記加減速判定部は、前記ホール信号の周期ごとにリセットされる加減速検出回路。
10. 請求項１において、前記加減速判定最終信号は、前記モータの通電方式を切り換える制御信号として用いる加減速検出回路。
11. 請求項１０において、前記加減速判定最終信号がハイレベルであるとき、前記モータの回転速度は一定状態であり、前記加減速判定最終信号がローレベルであるとき、前記モータの回転速度は前記加速状態または減速状態であるとする加減速検出回路。
12. 請求項１０において、前記加減速判定最終信号がローレベルであるとき、前記モータの回転速度は一定状態であり、前記加減速判定最終信号がハイレベルであるとき、前記モータの回転速度は前記加速状態または減速状態であるとする加減速検出回路。
13. 請求項１１または１２において、前記モータの回転速度が一定状態であるとき、前記モータの通電方式は同期整流型ＰＷＭ駆動が用いられ、前記回転速度が加速または減速状態であるとき、前記モータの通電方式は片側ＰＷＭ駆動に切り換えられる加減速検出回路。
14. 請求項１１または１２において、前記モータの回転速度が一定状態であるとき、前記モータの通電方式は同期整流型ＰＷＭ駆動が用いられ、前記回転速度が加速または減速状態であるとき、前記モータの通電方式は正弦波駆動に切り換えられる加減速検出回路。
15. 請求項１において、前記パルス生成部は、前記ホール信号よりも充分に高速な基準クロック信号をＮ分周（Ｎは整数）して、分周クロック信号を生成する分周器と、前記分周クロック信号のパルス数をカウントし、前記ホール信号のパルスエッジでカウント値をクリアする第１カウンタと、前記ホール信号のパルスエッジで前記第１カウンタのカウント値をホールドするレジスタと、前記基準クロック信号のパルス数をカウントし、前記ホール信号のパルスエッジでカウント値をクリアする第２カウンタと、レジスタのホールド値と第２カウンタのカウントが互いに一致したときに。前記ホール信号の１周期に内挿された内挿パルス信号を生成する比較回路を有する加減速検出回路。