JP6195758B2 - 多相モータの駆動装置、駆動方法、および冷却装置、電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、多相モータ駆動技術に関する。

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。

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。

冷却ファンは、三相ブラシレスＤＣモータが利用される場合が多い。三相ブラシレスＤＣモータ（以下、単にファンモータともいう）は、ロータの位置を検出し、ロータ位置に応じて通電相を順次切りかえる（転流）ことにより制御される。

ファンモータを駆動する方法としては、ホールセンサを利用したもの、モータのコイルに生ずる逆起電力を利用したものが知られている。ホールセンサを用いる駆動方式は、ロータの位置を正確に検出することができる利点を有する反面、ホールセンサによるコスト増、ホールセンサの異常によりモータが制御できなくなるという欠点がある。

逆起電力を利用する駆動方式は、ホールセンサが不要であるため、低コストであり、またホールセンサの異常によりモータが制御できないという欠点が解消される。その一方で、この駆動方式は、逆起電力を検出するために、ゼロクロスが発生するタイミングを含む非通電区間の間、コイルに対する電圧印加を停止し、ハイインピーダンス状態とする必要がある。この非通電区間により、モータの駆動波形が歪み、ノイズの原因となる場合がある。

特開平７−３１１９０号公報 特開２００１−２８４８６８号公報 特開平７−３３７０８０号公報

ファンモータの駆動装置は、電源投入後の駆動開始（始動時）時に、ファンモータをその状態に応じて適切なシーケンスで駆動する必要がある。すなわち駆動開始時において、ファンモータは、停止している場合もあれば、直前の駆動時の回転の慣性によって正方向に空転（正空転という）している場合もあれば、外部からの風を受けて逆方向に空転している場合もありえる。

したがってファンモータの駆動装置には、その始動時に、ファンモータの状態を検出する機能が要求される。この問題はファンモータ以外の多相ブラシレスＤＣモータにおいても生じうる。

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、センサレスモータの始動時において、その状態を正確に判定可能な駆動装置の提供にある。

本発明のある態様は、複数のコイルを有する多相モータの駆動装置に関する。駆動装置は、複数のコイルのひとつと接続され、多相モータの始動時において、ひとつの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逆起電力検出用コンパレータと、多相モータの始動時に、逆起電力検出信号と、多相モータのロータの位置を示す一対のホール信号の比較結果に応じたホール検出信号と、にもとづいて、多相モータの回転状態を検出する初期状態検出部と、を備える。

この態様によると、多相モータの始動時における状態を検出できる。

初期状態検出部は、多相モータの始動時において、ホール検出信号と逆起電力検出信号の位相関係にもとづいて、多相モータの正方向の空転と逆方向の空転を判定してもよい。
ロータが正方向の空転してきるときと、逆方向に空転しているときでは、ホール検出信号と逆起電力検出信号の位相関係が逆転する。したがって、それらの位相にもとづいて、空転の方向を検出できる。

初期状態検出部は、（i）逆起電力検出信号とホール検出信号のうち所定の一方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の一方のエッジである第１エッジから、それらの所定の他方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち第１エッジの次に生ずるエッジである第２エッジまでの時間、（ii）所定の一方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の他方のエッジである第３エッジから、所定の他方の信号のポジティブエッジとネガティブエッジのうち第３エッジの次に生ずるエッジである第４エッジまでの時間、の少なくとも一方を測定する第１カウンタと、（iii）第２エッジから第３エッジまでの時間、（iv）第４エッジから、所定の一方の信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジのうち第４エッジの次に生ずるエッジである第５エッジまでの時間、の少なくとも一方を測定する第２カウンタと、第１カウンタにより測定された第１時間と、第２カウンタにより測定された第２時間の大小関係に応じて、正方向の空転と逆方向の空転を判定する判定部と、を含んでもよい。

判定部は、第１カウンタおよび第２カウンタそれぞれにより第１時間と第２時間の測定が１回ずつ完了すると、正方向の空転と逆方向の空転を判定してもよい。
この場合、最短の時間で、判定が可能となる。

初期状態検出部は、逆起電力検出信号とホール検出信号のうち所定の一方の信号と同期してアサートされるストローブ信号を生成するタイミング発生部と、ストローブ信号がアサートされるタイミングにおいて、逆起電力検出信号とホール検出信号のうち所定の他方の信号のレベルに応じて、正方向の空転と逆方向の空転を判定する判定部と、を含んでもよい。

初期状態検出部は、ホール検出信号と逆起電力検出信号のうち、所定の一方の信号の所定のエッジのタイミングにおいて、所定の他方の信号のレベルが期待値と異なるとき、異常と判定してもよい。

初期状態検出部は、所定時間連続してホール検出信号のエッジが発生しないとき、多相モータが停止していると判定してもよい。

初期状態検出部は、所定時間連続して逆起電力検出信号のエッジが発生しないとき、多相モータが停止していると判定してもよい。

初期状態検出部は、所定時間連続して、第１時間、第２時間が測定されないとき、多相モータが停止していると判定してもよい。

多相モータは、ファンモータであってもよい。

本発明の別の態様は、冷却装置に関する。冷却装置は、多相ファンモータと、多相ファンモータを駆動する上述のいずれかの駆動装置と、を備えてもよい。

本発明の別の態様は電子機器に関する。電子機器は上述の冷却装置を備えてもよい。

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。

本発明のある態様によれば、始動時のモータの状態を検出できる。

実施の形態に係る冷却装置を備える電子機器を示すブロック図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、正方向の空転時と逆方向の空転時の動作波形図である。 初期状態検出部の構成例を示すブロック図である。 図４（ａ）、（ｂ）は、図３の初期状態検出部の動作を示す図である。 図５（ａ）、（ｂ）は、第２の変形例に係る初期状態検出部のブロック図および動作波形図である。 図６（ａ）、（ｂ）は、第３の変形例に係る初期状態検出部のブロック図および動作波形図である。

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。

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。

図１は、実施の形態に係る冷却装置２００を備える電子機器１００を示すブロック図である。電子機器１００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ＣＰＵ１０２を備える。冷却装置２００は、送風によってＣＰＵ１０２を冷却する。

冷却装置２００は、ファンモータ２０２、ホール素子２０４および駆動装置３００を備える。ファンモータ２０２は、三相ブラシレスＤＣモータであり、冷却対象のＣＰＵ１０２に近接して配置される。駆動装置３００は、ファンモータ２０２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２０２を駆動する。冷却装置２００は、モジュール化されて市販、流通される。

ファンモータ２０２は、スター結線されたＵ相、Ｖ相、Ｌ相のコイルＬ_Ｕ、Ｌ_Ｖ、Ｌ_Ｗと、図示しない永久磁石を備える。ホール素子２０４は、ファンモータ２０２の所定の箇所に取り付けられており、ファンモータ２０２のロータの位置を示す一対のホール信号ＶＨ＋、ＶＨ−を生成する。ホール素子２０４には、駆動装置３００からのホールバイアス電圧Ｖ_ＨＢが供給される。本実施の形態に係る冷却装置２００において、ホール素子２０４は三相すべてに用意されるのではなく、１相にのみ用意されることに留意されたい。

駆動装置３００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ＶＣＣには、電源電圧Ｖ_ＣＣが供給され、接地端子ＧＮＤには接地電圧が供給される。また駆動装置３００の出力端子ＯＵＴＵ〜ＯＵＴＷは、ファンモータ２０２のコイルＬ_Ｕ、Ｌ_Ｖ、Ｌ_Ｗの一端と接続され、コモン（ＣＯＭ）端子は、ファンモータ２０２の中点電圧Ｖ_ＣＯＭが入力される。

駆動装置３００は、逆起電力検出コンパレータ３０２、ホールコンパレータ３０４、初期状態検出部３０６、駆動信号合成部３０８、ＰＷＭ信号生成部３１０、駆動回路３１２ホールバイアス電源３１４を備える。

ホールバイアス電源３１４は、ホールバイアス電圧Ｖ_ＨＢを生成し、ホール素子２０４に供給する。

ＰＷＭ信号生成部３１０は、外部からファンモータ２０２のトルク、すなわち回転数を指示する制御信号Ｓ１を受け、制御信号Ｓ１に応じてパルス変調されたパルス幅変調（ＰＷＭ）信号Ｓ２を生成する。ＰＷＭ信号Ｓ２のデューティ比は、制御信号Ｓ１に応じて変化する。ＰＷＭ信号生成部３１０には、駆動装置３００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、それをそのままＰＷＭ信号Ｓ２として出力してもよい。あるいはＰＷＭ信号生成部３１０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信号Ｓ２を生成してもよい。あるいはＰＷＭ信号生成部３１０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信号Ｓ２を生成してもよい。

逆起電力（ＢＥＭＦ：Back Electromotive Force）検出コンパレータ３０２は、複数のコイルＬ_Ｕ〜Ｌ_Ｗのひとつ、本実施の形態ではＵ相コイルＵ_Ｌと接続される。ＢＥＭＦ検出コンパレータ３０２は、冷却装置２００の始動時、つまりファンモータ２０２の始動時において、Ｕ相コイルＬ_Ｕの一端に生ずる電圧Ｖ_Ｕを複数のコイルＬ_Ｕ〜Ｌ_Ｗの中点電圧Ｖ_ＣＯＭと比較し、比較結果を示すＢＥＭＦ検出信号Ｓ３を生成する。ＢＥＭＦ検出コンパレータ３０２の電圧比較は、駆動回路３１２による通電が開始する前に行われため、コイルＬ_Ｕの一端の電圧Ｖ_Ｕは、逆起電力に他ならない。

ホールコンパレータ３０４は、ホール素子２０４からの一対のホール信号ＶＨ＋、ＶＨ−を比較し、ホール検出信号Ｓ４を生成する。たとえばホール検出信号Ｓ４は、ＶＨ＋＞ＶＨ−のときハイレベル、ＶＨ＋＜ＶＨ−のときローレベルをとる。

ホール検出信号Ｓ４は、初期状態検出部３０６および駆動信号合成部３０８に供給される。駆動信号合成部３０８は、ホール検出信号Ｓ４とＰＷＭ信号Ｓ２を受け、それらを合成して、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相それぞれに対する駆動制御信号Ｓ５_Ｕ、Ｓ５_Ｖ、Ｓ５_Ｗを生成する。具体的には駆動信号合成部３０８は、ホール検出信号Ｓ４と同期して転流制御を行い、ＰＷＭ信号Ｓ２にもとづいてトルク制御を行う。また駆動信号合成回路１４は、駆動装置３００の電源投入直後において、初期状態検出部３０６の検出結果にもとづいて、ファンモータ２０２の駆動シーケンスを切りかえる。

駆動回路３１２は、駆動制御信号Ｓ５_Ｕ、Ｓ５_Ｖ、Ｓ５_Ｗに応じて、コイルＬ_Ｕ、Ｌ_Ｖ、Ｌ_Ｗそれぞれの一端に、駆動電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗを印加する。駆動回路３１２は、ファンモータ２０２をＰＷＭ（スイッチング）駆動してもよいし、ＢＴＬ（Bridged Transless）駆動してもよい。

ＰＷＭ駆動では、駆動電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗは、電源電圧Ｖ_ＣＣと接地電圧Ｖ_ＧＮＤの２値でスイッチングし、パルス幅変調される。各駆動電圧のデューティ比には、目標トルク（目標回転数）が反映される。また、相の切りかえ時のノイズを抑制するために、相遷移の区間において、各駆動電圧のデューティ比が緩やかに切りかえられる。ＰＷＭ駆動の駆動回路３１２は、三相ブリッジ回路で構成される。

ＢＴＬ駆動では、駆動電圧Ｖ_Ｕ、Ｖ_Ｖ、Ｖ_Ｗの包絡線は、電源電圧Ｖ_ＣＣと接地電圧Ｖ_ＧＮＤの間を緩やかに遷移する。各相の駆動電圧の包絡線を、正弦波状あるいは疑似正弦波、台形波などにもとづいて遷移させることで、ＰＷＭ駆動よりも低ノイズ化が図られる。包絡線の波形は、テーブル参照により生成してもよいし、ホール信号Ｖ_Ｈ＋、Ｖ_Ｈ−にもとづいて生成してもよい。各相の駆動電圧は、目標トルク（目標回転数）に応じたデューティ比を有するようにパルス幅変調されてもよい。ＢＴＬ駆動の駆動回路３１２は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相それぞれに設けられたアンプで構成される。各アンプの出力段は、プッシュプル形式で構成される。

なお、駆動信号合成部３０８および駆動回路３１２については公知技術を利用すればよく、その構成、駆動方式は特に限定されない。

回転数信号生成部３１６は、ファンモータ２０２の機械角（モータ角）１８０度ごとに、すなわちファンモータ２０２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。回転数信号生成部３１６は、ホール検出信号Ｓ４にもとづいて、ＦＧ信号を生成する。

初期状態検出部３０６は、ファンモータ２０２の始動時に、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３およびホール検出信号Ｓ４にもとづいて、ファンモータ２０２の回転状態を検出し、検出結果を示す判定信号Ｓ６を生成して、駆動信号合成部３０８に出力する。駆動信号合成部３０８は、判定信号Ｓ６にもとづいて、始動時のファンモータ２０２の状態に適した始動シーケンスを選択する。

始動直後のファンモータ２０２の状態は、大きく以下の３つに分けられる。
（１）正方向に空転
（２）逆方向に空転
（３）停止

駆動信号合成部３０８は、始動時にファンモータ２０２が停止している場合、通常の起動シーケンス（三相起動シーケンス）を実行する。またファンモータ２０２が正方向に空転している場合、ホール検出信号Ｓ４あるいはＦＧ信号と同期して駆動制御信号Ｓ５を生成する。また、ファンモータ２０２が逆方向に空転している場合、逆転保護処理によりファンモータ２０２を停止させ、その後に三相起動シーケンスを実行する。なお、各状態における起動シーケンスの詳細は特に限定されず、公知技術を用いればよい。

図２（ａ）、（ｂ）は、正方向の空転時と逆方向の空転時の動作波形図である。

ホール検出信号Ｓ４とＢＥＭＦ検出信号Ｓ３の位相関係は、あくまでも、逆起電力をいずれの相において検出しているか、および、ホール素子２０４をファンモータ２０２のいずれのコイルに対応して配置するかにより定まるものであり、図２（ａ）、（ｂ）のそれらは例示に過ぎない。図２（ａ）、（ｂ）に示されるは、あくまでもＵ相の逆起電力Ｖ_ＵにもとづくＢＥＭＦ検出信号Ｓ３と、Ｕ相とＶ相の間に配置されたホール素子２０４により得られるホール検出信号Ｓ４の位相関係に過ぎないことに留意されたい。

図２（ａ）、（ｂ）から分かるように、ホール検出信号Ｓ４とＢＥＭＦ検出信号Ｓ３は、正方向の空転時において第１の位相関係を有し、逆方向の空転時において第２の位相の位相関係を有する。つまり正方向の空転時と逆方向の空転時とでは、ホール検出信号Ｓ４に対するＢＥＭＦ検出信号Ｓ３の位相差Φは大きさが異なる。そこで初期状態検出部３０６は、ファンモータ２０２の始動時において、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３とホール検出信号Ｓ４の位相関係にもとづいて、ファンモータ２０２の正方向の空転と逆方向の空転を判定する。

図３は、初期状態検出部３０６の構成例を示すブロック図である。
初期状態検出部３０６は、第１フィルタ３２０、第２フィルタ３２２、第１エッジ検出部３２４、第２エッジ検出部３２６、第１カウンタ３３０、第２カウンタ３３２、判定部３３４を備える。

第１フィルタ３２０、第２フィルタ３２２はそれぞれ、ホール検出信号Ｓ４、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３のノイズを除去する。第１エッジ検出部３２４は、ホール検出信号Ｓ４のエッジを検出し、第２エッジ検出部３２６はＢＥＭＦ検出信号Ｓ３のエッジを検出する。ここでは、第１エッジ検出部３２４は、ホール検出信号Ｓ４のポジティブエッジとネガティブエッジの両方を検出するものとし、第２エッジ検出部３２６は、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３のポジティブエッジのネガティブエッジの両方を検出するものとする。

第１カウンタ３３０は、（i）ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３とホール検出信号Ｓ４のうち、所定の一方の信号（ここではホール検出信号Ｓ４）の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の一方のエッジ（ここではポジティブエッジとする）である第１エッジＥ１から、それらの所定の他方の信号（ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３）の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち第１エッジＥ１の次に生ずるエッジ（ポジティブエッジ）である第２エッジＥ２までの時間Ｔ１ａ、（ii）所定の一方の信号（ホール検出信号Ｓ４）の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の他方のエッジ（つまりネガティブエッジ）である第３エッジＥ３から、所定の他方の信号（つまりＢＥＭＦ検出信号Ｓ３）のポジティブエッジとネガティブエッジのうち第３エッジの次に生ずるエッジ（つまりネガティブエッジ）である第４エッジＥ４までの時間Ｔ１ｂ、の少なくとも一方を測定する。本実施の形態では、第１カウンタ３３０は、２つの時間Ｔ１ａ、Ｔ１ｂを両方測定する。

第２カウンタ３３２は、（iii）第２エッジＥ２から第３エッジＥ３までの時間Ｔ２ａ、（iv）第４エッジＥ４から、所定の一方の信号（ホール検出信号Ｓ４）のポジティブエッジおよびネガティブエッジのうち第４エッジＥ４の次に生ずるエッジ（つまりポジティブエッジ）である第５エッジＥ５までの時間Ｔ２ｂ、の少なくとも一方を測定する。本実施の形態では、第２カウンタ３３２は、２つの時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂを測定する。

モータの空転時の回転数が一定であれば、第１カウンタ３３０により測定される時間Ｔ１ａ、Ｔ１ｂは等しいことが理解される。同様にモータの空転時の回転数が一定であれば、第２カウンタ３３２により測定される時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂも等しいことが理解される。第１カウンタ３３０により測定される時間を第１時間Ｔ１、第２カウンタ３３２により測定される時間を第２時間Ｔ２と称する。

判定部３３４は、第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２の大小関係に応じて、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３とホール検出信号Ｓ４の位相関係を判定し、正方向の空転と逆方向の空転を判定する。

初期状態検出部３０６は、ファンモータ２０２の停止状態を以下の少なくともひとつの条件にもとづいて判定できる。
１． 所定時間連続してホール検出信号Ｓ４のエッジが発生しないとき
２． 所定時間連続してＢＥＭＦ検出信号Ｓ３のエッジが発生しないとき
３． 所定時間連続して、第１時間Ｔ１および／または第２時間Ｔ１が測定されないとき

さらに初期状態検出部３０６は、ホール検出信号Ｓ４とＢＥＭＦ検出信号Ｓ３のうち、所定の一方の信号（たとえばホール検出信号Ｓ４）の所定のエッジ（たとえばポジティブエッジ）のタイミングにおいて、所定の他方の信号（すなわちＢＥＭＦ検出信号Ｓ３）のレベルが期待値と異なるとき、異常と判定する。回路が正常に動作しているときには、正方向空転であっても逆方向空転であっても、ホール検出信号Ｓ４のポジティブエッジのタイミングにおいて、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３はローレベルでなければならず、したがって期待値はローレベルとなる。

以上が冷却装置２００および駆動装置３００の構成である。続いてその動作を説明する。

図４（ａ）、（ｂ）は、図３の初期状態検出部３０６の動作を示す図である。
図４（ａ）は正方向の空転時の動作である。時刻ｔ０に、初期状態検出部３０６が判定を開始する。時刻ｔ１に、初出の第１エッジＥ１が発生し、第１カウンタ３３０は、その次の第２エッジＥ２までの経過時間Ｔ１ａを測定する。第２カウンタ３３２は、第２エッジＥ２から、第３エッジＥ３までの経過時間Ｔ２ａを測定する。

図４（ａ）に示すように、正方向空転時には、Ｔ１＜Ｔ２が成り立つ。したがって、判定部３３４は、Ｔ１＜Ｔ２のときに正方向空転と判定する。

図４（ｂ）は正方向の空転時の動作である。時刻ｔ０に、初期状態検出部３０６が判定を開始する。時刻ｔ１に、初出の第１エッジＥ１が発生し、第１カウンタ３３０は、その次の第２エッジＥ２までの経過時間Ｔ１ａを測定する。第２カウンタ３３２は、第２エッジＥ２から、第３エッジＥ３までの経過時間Ｔ２ａを測定する。

図４（ｂ）に示すように、逆方向空転時には、Ｔ２＜Ｔ１が成り立つ。したがって、判定部３３４は、Ｔ２＜Ｔ１のときに逆方向空転と判定する。

判定部３３４は、第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２がそれぞれ１回ずつ測定された段階で、それらの大小関係を比較し、ファンモータ２０２の初期状態を判定することが好ましい。
たとえば図４（ａ）の波形が生成されるときに、エッジＥ１の後ろエッジＥ２の前に、初期状態検出部３０６が判定を開始するとする。この場合、まず第２カウンタ３３２により第２時間Ｔ２ａが測定され、続いて第１カウンタ３３０により第１時間Ｔ１ｂが測定される。この場合、エッジＥ３のタイミングで判定部３３４はそれらの大小関係を比較可能となる。

あるいは、第２エッジＥ２と第３エッジＥ３の間で初期状態検出部３０６が判定開始する場合、はじめに第１カウンタ３３０により第１時間Ｔ１ｂが測定され、続いて第２カウンタ３３２により第２時間Ｔ２ｂが測定される。この場合、エッジＥ５のタイミングで判定部３３４はそれらの大小関係を比較可能となる。

以上が冷却装置２００および駆動装置３００の動作である。

この駆動装置３００において、通常のファンモータ２０２の駆動時には、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３は使用されず、ホール検出信号Ｓ４を利用して回転検出が行われる。したがってＢＥＭＦ検出信号Ｓ３を利用した従来のセンサレスの駆動装置で必要であった非通電区間が不要となり、騒音の増加はない。

また、ホール素子をすべての相Ｕ、Ｖ、Ｗそれぞれに設ける従来の駆動装置に比べて、ホール素子が１個で済むためコストを抑制できる。

そして、駆動装置３００によれば、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３とホール検出信号Ｓ４を監視することにより、始動時におけるファンモータ２０２の状態を検出できる。これにより、適切なシーケンスにしたがってファンモータ２０２を始動できる。

また図３の初期状態検出部３０６では、第１カウンタ３３０を、第１時間Ｔ１ａ、Ｔ１ｂの両方を測定可能とし、第２カウンタ３３２を、第２時間Ｔ２ａ、Ｔ２ｂの両方を測定可能とした。これにより、判定部３３４は、第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２の測定が１回ずつ完了すると、直ちに正方向の空転と逆方向の空転を判定することが可能となる。
つまり、もし第１時間Ｔ１ａと第２時間Ｔ２ａのみを測定する構成とした場合、図４ａのエッジＥ１とＥ２の間において判定を開始するときに、次のサイクルを待たなければならない。これに対して、図３の初期状態検出部３０６によれば、図４（ａ）のエッジＥ４のタイミングで、最短の時間で判定が可能となる。

また異常検出部３３６により、回路の異常を検出できる。すなわち、正方向空転時、逆方向空転時それぞれにおいて図２（ａ）、（ｂ）に示されるような波形を得るためには、ホール素子２０４が適切に位置決めされていなければならない。もしホール素子２０４の位置が所定の位置からずれていると、ホール検出信号Ｓ４とＢＥＭＦ検出信号Ｓ３の位相関係は、図２（ａ）、（ｂ）のそれとは異なってしまう。そこで、異常検出部３３６により、一方の信号のエッジのタイミングで、他方の信号のレベルをチェックすることで、ホール素子２０４の位置ずれなどに起因する異常を検出することができる。

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。

（第１の変形例）
初期状態検出部３０６は、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３とホール検出信号Ｓ４の位相関係を判定できればよく、その判定アルゴリズムおよび構成は、実施の形態のそれには限定されない。たとえば第１カウンタ３３０および第２カウンタ３３２を、１個のカウンタで構成してもよい。つまり、第１時間Ｔ１の間、カウンタをカウントアップさせ、第２時間Ｔ２の間、カウンタをカウントダウンさせ、カウント動作が完了したときのカウンタの値と、カウント開始時の初期値との大小関係により、第１時間Ｔ１と第２時間Ｔ２を比較してもよい。

（第２の変形例）
図５（ａ）、（ｂ）は、第２の変形例に係る初期状態検出部３０６ａのブロック図および動作波形図である。

図５（ａ）に示すように、初期状態検出部３０６ａは、タイミング発生器３４０、判定部３４２を備える。タイミング発生器３４０は、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３とホール検出信号Ｓ４のうち所定の一方の信号（ここではホール検出信号Ｓ４）と同期してアサート（たとえばハイレベル）されるストローブ信号Ｓ７を生成する。判定部３４２は、ストローブ信号Ｓ７がアサートされるタイミングにおいて、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３とホール検出信号Ｓ４のうち所定の他方の信号（つまりＢＥＭＦ検出信号Ｓ３）のレベルに応じて、正方向の空転と逆方向の空転を判定する。

図５（ｂ）に示すように、ストローブ信号Ｓ７は、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３の正方向空転時（i）に期待されるエッジＥ２ａの位置と、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３の逆方向空転時（ii）に期待されるエッジＥ２ｂの位置の間において発生する。たとえばタイミング発生器３４０は、ホール検出信号Ｓ４の半周期Ｔｈを測定し、ホール検出信号Ｓ４のポジティブエッジからτ＝Ｔｈ／２経過後にストローブ信号Ｓ７をアサートしてもよい。なお時間τは、Ｔｈ／２には限定されず、エッジＥ２ａとＥ２ｂの間であればよい。

（第３の変形例）
図６（ａ）、（ｂ）は、第３の変形例に係る初期状態検出部３０６ｂのブロック図および動作波形図である。

初期状態検出部３０６ｂは、周期測定部３４４、第１カウンタ３３０、判定部３４６を備える。周期測定部３４４は、ＢＥＭＦ検出信号Ｓ３およびホール検出信号Ｓ４の所定の一方（ここではホール検出信号Ｓ４とする）の半周期Ｔｈ（もしくは全周期）を測定し、半周期Ｔｈに比例した基準時間Ｔｒｅｆを生成する。たとえば基準時間Ｔｒｅｆ＝Ｔｈ／２である。
第１カウンタ３３０は、図３の第１カウンタ３３０と同様に、第１時間Ｔ１を測定する。判定部３４６は、基準時間Ｔｒｅｆと第１時間Ｔ１の大小関係にもとづいて、正方向空転と逆方向空転を判定する。この例ではＴ１＜Ｔｒｅｆのとき正方向空転、Ｔ１＞Ｔｒｅｆのとき逆方向空転と判定できる。基準時間ＴｒｅｆはＴｈ／２には限定されず、正方向空転時の第１時間Ｔ１と、逆方向空転時の第２時間Ｔ２の間に設定すればよい。

（第４の変形例）
実施の形態では、ホールコンパレータ３０４が駆動装置３００に集積化される場合を説明したが、本発明はそれには限定されず、ホールコンパレータ３０４は、駆動装置３００のＩＣの外部に設けられてもよい。たとえば、ホールコンパレータ３０４とホール素子２０４が集積化されたホールＩＣを利用してもよい。

（第５の変形例）
実施の形態では三相ファンモータを例に説明したが、本発明はそれには限定されず、複数のコイルを有する多相モータの駆動に利用可能である。

（第６の変形例）
実施の形態において、冷却装置２００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３００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。

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。

１００…電子機器、１０２…ＣＰＵ、２００…冷却装置、２０２…ファンモータ、２０４…ホール素子、３００…駆動装置、３０２…ＢＥＭＦ検出コンパレータ、３０４…ホールコンパレータ、３０６…初期状態検出部、３０８…駆動信号合成部、３１０…ＰＷＭ信号生成部、３１２…駆動回路、３１４…ホールバイアス電源、３１６…回転数信号生成部、３２０…第１フィルタ、３２２…第２フィルタ、３２４…第１エッジ検出部、３２６…第２エッジ検出部、３３０…第１カウンタ、３３２…第２カウンタ、３３４…判定部、３３６…異常検出部、３４０…タイミング発生器、３４２…判定部、３４４…周期測定部、３４６…判定部、Ｓ１…制御信号、Ｓ２…ＰＷＭ信号、Ｓ３…ＢＥＭＦ検出信号、Ｓ４…ホール検出信号、Ｓ５…駆動制御信号、Ｓ６…判定信号、Ｓ７…ストローブ信号、Ｔ１…第１時間、Ｔ２…第２時間。

Claims (16)

1. 複数のコイルを有する多相モータの駆動装置であって、
   前記複数のコイルのひとつと接続され、前記多相モータの始動時において、ひとつの前記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逆起電力検出用コンパレータと、
   前記多相モータの始動時に、前記逆起電力検出信号と、前記多相モータのロータの位置を示す一対のホール信号の比較結果に応じたホール検出信号と、にもとづいて、前記多相モータの回転状態を検出する初期状態検出部と、
   を備えることを特徴とする駆動装置。
2. 前記初期状態検出部は、前記多相モータの始動時において、前記ホール検出信号と前記逆起電力検出信号の位相関係にもとづいて、前記多相モータの正方向の空転と逆方向の空転を判定することを特徴とする請求項１に記載の駆動装置。
3. 前記初期状態検出部は、
   （i）前記逆起電力検出信号と前記ホール検出信号のうち所定の一方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の一方のエッジである第１エッジから、それらの所定の他方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち前記第１エッジの次に生ずるエッジである第２エッジまでの時間、（ii）前記所定の一方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の他方のエッジである第３エッジから、前記所定の他方の信号のポジティブエッジとネガティブエッジのうち前記第３エッジの次に生ずるエッジである第４エッジまでの時間、の少なくとも一方を測定する第１カウンタと、
   （iii）前記第２エッジから前記第３エッジまでの時間、（iv）前記第４エッジから、前記所定の一方の信号のポジティブエッジおよびネガティブエッジのうち前記第４エッジの次に生ずるエッジである第５エッジまでの時間、の少なくとも一方を測定する第２カウンタと、
   前記第１カウンタにより測定された第１時間と、前記第２カウンタにより測定された第２時間の大小関係に応じて、前記正方向の空転と前記逆方向の空転を判定する判定部と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
4. 前記判定部は、前記第１カウンタおよび前記第２カウンタそれぞれにより前記第１時間と前記第２時間の測定が１回ずつ完了すると、前記正方向の空転と前記逆方向の空転を判定することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
5. 前記初期状態検出部は、
   前記逆起電力検出信号と前記ホール検出信号のうち所定の一方の信号と同期してアサートされるストローブ信号を生成するタイミング発生部と、
   前記ストローブ信号がアサートされるタイミングにおいて、前記逆起電力検出信号と前記ホール検出信号のうち所定の他方の信号のレベルに応じて、前記正方向の空転と前記逆方向の空転を判定する判定部と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
6. 前記初期状態検出部は、
   前記逆起電力検出信号と前記ホール検出信号のうち所定の一方の信号の周期を測定し、周期に比例した基準時間を生成する周期測定部と、
   （i）前記逆起電力検出信号と前記ホール検出信号のうち所定の一方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の一方のエッジである第１エッジから、それらの所定の他方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち前記第１エッジの次に生ずるエッジである第２エッジまでの時間、（ii）前記所定の一方の信号の、ポジティブエッジとネガティブエッジのうち所定の他方のエッジである第３エッジから、前記所定の他方の信号のポジティブエッジとネガティブエッジのうち前記第３エッジの次に生ずるエッジである第４エッジまでの時間、の少なくとも一方を測定する第１カウンタと、
   前記第１カウンタにより測定された時間と前記基準時間の大小関係にもとづいて、前記正方向の空転と前記逆方向の空転を判定する判定部と、
   を含むことを特徴とする請求項２に記載の駆動装置。
7. 前記初期状態検出部は、前記ホール検出信号と前記逆起電力検出信号のうち、所定の一方の信号の所定のエッジのタイミングにおいて、所定の他方の信号のレベルが期待値と異なるとき、異常と判定することを特徴とする請求項１から６のいずれかに記載の駆動装置。
8. 前記初期状態検出部は、所定時間連続して前記ホール検出信号のエッジが発生しないとき、前記多相モータが停止していると判定することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の駆動装置。
9. 前記初期状態検出部は、所定時間連続して前記逆起電力検出信号のエッジが発生しないとき、前記多相モータが停止していると判定することを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の駆動装置。
10. 前記初期状態検出部は、所定時間連続して、前記第１時間、前記第２時間が測定されないとき、前記多相モータが停止していると判定することを特徴とする請求項３に記載の駆動装置。
11. ホール素子からの前記多相モータのロータの位置を示す一対のホール信号を比較し、前記ホール検出信号を生成するホールコンパレータをさらに備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の駆動装置。
12. 前記多相モータは、ファンモータであることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の駆動装置。
13. 多相ファンモータと、
    前記多相ファンモータを駆動する請求項１から１２のいずれかに記載の駆動装置と、
    を備えることを特徴とする冷却装置。
14. 請求項１３に記載の冷却装置を備えることを特徴とする電子機器。
15. 複数のコイルを有する多相モータの駆動方法であって、
    前記多相モータの始動時において、前記複数のコイルのひとつ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ステップと、
    ホール素子により、前記多相モータのロータの位置を示す一対のホール信号を生成するステップと、
    前記一対のホール信号を比較し、ホール検出信号を生成するホールコンパレータと、
    前記多相モータの始動時に、前記逆起電力検出信号と前記ホール検出信号にもとづいて、前記多相モータの回転状態を検出するステップと、
    を備えることを特徴とする駆動方法。
16. 前記検出するステップは、前記多相モータの始動時において、前記ホール検出信号と前記逆起電力検出信号の位相関係にもとづいて、前記多相モータの正方向の空転と逆方向の空転を判定することを特徴とする請求項１５に記載の駆動方法。

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