JP6393699B2 - モータ駆動制御装置及びそのモータ駆動制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、モータを駆動するモータ駆動制御装置及びそのモータ駆動制御方法に関する。

従来、ブラシレスモータを駆動するモータ駆動制御装置が知られている。例えば特許文献１にはブラシレスモータを駆動するモータ駆動制御装置が記載されている。特許文献１に記載のモータ駆動制御装置では、モータを停止状態から起動するときは第１の駆動方式である矩形波駆動により回転駆動し、安定回転になったら第２の駆動方式である正弦波駆動に切り替えて回転駆動する。

特開２０１２−２５７４２９号公報

ところで、矩形波駆動は、転流の際のそれぞれの相のコイルにおける重複通電期間が殆どないため、コイル電流が急激に変化するために振動・駆動音が大きく、反面で出力トルクが大きく脱調し難い特性を有している。一方、正弦波駆動は、矩形波駆動に比較すると脱調の懸念はあるが、矩形波駆動に比べて転流の際のそれぞれの相のコイルにおける重複通電期間が長いため、コイル電流が相対的に緩やかに変化することで振動や駆動音が小さい特性を有している。このため、ロータの回転し始めで、回転速度やトルクの変動が大きく脱調を起こしやすい起動時には、矩形波駆動方式にて駆動し、定常回転に近づいたら正弦波駆動方式に切り替えて定常回転時の駆動音を小さくする方法が採用されている。

しかし、扇風機、空気清浄機、換気扇等のファン製品では、夜間などの静かな環境中でも使用される機会が多くなっているため、起動時だけの矩形波駆動の騒音でも不快感を生じさせることがあり、静音化の要求レベルは一層高くなっている。
このような背景の下、これらの不快感を分析した結果、起動時騒音の音圧レベルと起動時騒音の継続時間とに応じて不快感が増すとの知見を得た。したがって、不快感を緩和するためには矩形波駆動時の騒音の音圧レベルを下げるアプローチと、矩形波駆動の継続時間を短くするアプローチと、が有効であると考えられる。

音圧レベルを下げるために、モータの構成部材の剛性を高めて振動を抑制することや、モータの振動を吸収するゴム製の部材を設けることも考えられるが、この場合は、質量アップ、コストアップまたは製造の手間が増えるなどの問題がある。このように従来のモータ駆動制御装置には、質量アップやコストアップを抑制しつつ、起動騒音の不快感を緩和する観点から改善の余地があった。なお、このような課題はファン製品に限らず他の用途のモータについても生じうる。

本発明の目的は、このような課題に鑑みてなされたもので、駆動波形を変化させるブラシレスモータにおいて、起動時の矩形波駆動の時間をできる限り短くして起動騒音の不快感を緩和することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様のモータ駆動制御装置は、モータのロータの回転位置に対応する位置検出信号を生成する回転位置検出手段と、位置検出信号に応じて、矩形波駆動をするための第１駆動制御信号と、矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動をするための第２駆動制御信号と、を選択して出力する制御回路部と、駆動制御信号に応じて駆動信号をモータのステータコイルに出力するモータ駆動部と、を備える。制御回路部は、起動時には第１駆動制御信号を出力し、位置検出信号に基づいて回転状態にあることを検出したときには第２駆動制御信号を出力とともに、回転位置検出手段は、それぞれ位相差を有する複数の位置検出信号を生成し、制御回路部は、回転速度に関わらず、複数の位置検出信号のいずれかの極性の変化を検出したときは第２駆動制御信号を出力する。

この態様によると、駆動波形を変化させるブラシレスモータにおいて、矩形波駆動によって起動し、回転状態にあることを検出したときにはステータコイルの重複通電期間を長くする駆動をするように切り替えることで、矩形波駆動の時間を短くして起動騒音の不快感を緩和することができる。

本発明の別の態様は、モータ駆動制御方法である。この方法は、モータのロータの回転位置に対応する位置検出信号を生成する回転位置検出手段と、位置検出信号に応じて、矩形波駆動をするための第１駆動制御信号と、矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動をするための第２駆動制御信号と、を選択して駆動制御信号を出力する制御回路部と、駆動制御信号に応じて駆動信号をモータのステータコイルに出力するモータ駆動部と、を備えるモータ駆動制御装置が実行するモータ駆動制御方法であって、起動時には制御回路部から第１駆動制御信号を出力することと、回転位置検出手段にてそれぞれ位相差を有する複数の位置検出信号を生成することと、回転速度に関わらず、複数の位置検出信号のいずれかの極性の変化を検出したときは制御回路部から第２駆動制御信号を出力することと、を含む。

この態様によると、駆動波形を変化させるブラシレスモータにおいて、矩形波駆動によって起動し、位置検出信号の極性の変化を検出したときにはステータコイルの重複通電期間を長くする駆動をするように切り替えることで、矩形波駆動の時間を短くして起動騒音の不快感を緩和することができる。

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、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。

本発明によれば、駆動波形を変化させるブラシレスモータにおいて、起動時の矩形波駆動の時間を短くして起動騒音の不快感を緩和することができるモータ駆動制御装置及びモータ駆動制御方法を提供することができる。

実施形態に係るモータ駆動制御装置のブロック図である。 制御回路部のブロック図である。 矩形波駆動を説明するタイミングチャートである。 正弦波駆動を説明するタイミングチャートである。 制御回路部の動作を説明するタイミングチャートである。 低速検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。 逆転検出回路の動作を説明するタイミングチャートである。 モータ駆動制御装置の駆動制御方法を説明するフローチャートである。 従来技術における駆動波形の切替のタイミングチャートである。

まず、本発明に至った経緯を説明する。図９は、従来技術における駆動波形の切替のタイミングチャートである。制御信号ＳＳはモータの駆動のスタートストップ信号であり、Ｌレベルではモータは停止し、Ｈレベルではモータがスタートする。ＨＦＧは、ホールセンサの出力に基づいて生成したＦＧ信号であり、安定回転の状態を判定するために使用される。例えば、ＨＦＧの周波数が所定の周波数より高い状態を安定回転の状態と判定して、制御信号９０ａをＬレベルからＨレベルに変化させる。制御信号９０ａがＬレベルであるときは矩形波駆動が選択され、制御信号９０ａがＨレベルであるときは正弦波駆動が選択される。従来技術では、起動するときは矩形波駆動し、安定回転になったら正弦波駆動に切り替える。駆動信号９０ｂはステータのコイルの駆動信号の波形で、スタートから制御信号９０ａの切替点までは矩形波駆動で、切替点以降は正弦波駆動になっている。

矩形波駆動では、転流時にコイルに流れる電流が急激に変化することによりコイルに電磁振動が生じ、この電磁振動は駆動音を生じさせる。以下、このように転流時に目立つ駆動音を切替音と表記する。３相モータの場合は、ロータが電気角で３６０度（２π）回転する際に、コイルの転流は６回行われる。したがって、矩形波駆動のまま駆動を続けると、転流の度に切替音を生じるからロータが電気角で３６０度（２π）回転する際に６回の切替音が生じる。図９の従来技術では、起動から安定回転になるまでに１５回（＝スタートから切替点までのレベル変化の回数）の転流による切替音が生じていた。

既述したように、起動騒音の不快感を改善するために、矩形波駆動の継続時間を短くすることが有効である。つまり、同じ音圧レベルであっても、その継続時間が短いほど意識されにくくなり、短時間で音圧レベルが下がれば不快感を緩和することができる。図９の従来技術における起動時の矩形波駆動の継続時間はおよそ０．２秒から０．５秒程度であり、この場合不快と感じる割合は高い。検討の結果、起動時の矩形波駆動の継続時間を０．１秒以下、好ましくは０．０５秒以下にすることで不快と感じる割合を大幅に減らすことができるとの知見を得た。本発明はこの知見に対応して起動時の矩形波駆動の継続時間を短縮するためになされた。

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、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

図１は実施形態に係るモータ駆動制御装置１００のブロック図である。図１に示すように、モータ駆動制御装置１００は、回転位置検出手段１６、制御回路部２０およびモータ駆動部４０を備える。モータ駆動制御装置１００は、外部装置（不図示）から制御回路部に入力される制御信号ＳＳに基づき、モータ１０の駆動開始と駆動停止を制御する。

（モータ）
本実施形態に係るモータ１０は、３相のブラシレスモータであり、ロータ１２と、ステータコイル１４と、回転位置検出手段１６と、を含む。ロータ１２は、Ｎ極の磁極とＳ極の磁極とが周方向に交互に設けられた環状のマグネット１２ａを有する。マグネット１２ａは、例えば１０極の磁極を有する。ステータコイル１４はＵ相のコイル１４ｕ、Ｖ相のコイル１４ｖおよびＷ相のコイル１４ｗを含む。コイル１４ｕ、１４ｖ、１４ｗは３相スター結線を構成している。ステータコイル１４はマグネット１２ａの磁極の磁束と鎖交するように配置されている。ステータコイル１４は３相の駆動信号４２ｕ、４２ｖ、４２ｗが入力されることによってマグネット１２ａの磁極との相互作用によりマグネット１２ａに回転駆動力を生じさせる。

（回転位置検出手段）
回転位置検出手段１６は、モータ１０のロータ１２の回転位置に対応して、位置検出信号Ｐｄを生成する。位置検出信号Ｐｄはそれぞれ位相差を有する複数の位置検出信号を含んでもよい。位置検出信号Ｐｄは、例えばマグネット１２ａの磁極の磁束密度に応じて生成されてもよい。実施の形態のモータ駆動制御装置１００では、回転位置検出手段１６はそれぞれ位相差を有するホールセンサ１６ｕ、１６ｖ、１６ｗを含む。ホールセンサ１６ｕ、１６ｖ、１６ｗは、それぞれ周方向に電気角で１２０度（２π／３）間隔で配置される。回転位置検出手段１６のホールセンサ１６ｕ、１６ｖ、１６ｗは、マグネット１２ａの磁極の磁束密度に応じて、それぞれ１２０度（２π／３）の位相差を有する３つの位置検出信号であるホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを含むホール信号Ｈｓを出力する。つまり、位置検出信号Ｐｄは、３相のホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを含む。回転位置検出手段１６は、例えば正弦波状、台形波状または矩形波状のホール信号Ｈｓを出力してもよい。モータ駆動制御装置１００では、回転位置検出手段１６は正弦波状のホール信号Ｈｓを出力する。

（制御回路部）
図２は制御回路部２０のブロック図である。図２に示すように、制御回路部２０は、位置検出信号Ｐｄに応じて矩形波駆動をするための第１駆動制御信号３２と矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動をするための第２駆動制御信号３４とを選択して駆動制御信号３０を出力する。矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動には、正弦波駆動、台形波駆動および三角波駆動が含まれる。

（矩形波駆動）
次に、矩形波駆動について説明する。図３は実施の形態のモータ駆動制御装置１００における矩形波駆動のタイミングチャートである。矩形波駆動とは、コイル１４ｕ、１４ｖ、１４ｗに３相の矩形波状の駆動信号が出力される駆動方式である。矩形波状の駆動信号が出力されるため、コイルの通電方向の切り替えである転流の際に、複数の相のコイルに重複して通電される期間が殆ど生じない。このため、コイル１４ｕ、１４ｖ、１４ｗに流れる電流が急激に変化することになる。矩形波駆動では、既述のように転流の度に切替音を生じる。図３において、“Ｎ”は切替音を生じるタイミングの一例を示している。

（第１駆動制御信号）
モータ駆動制御装置１００では、矩形波駆動をするために、位置検出信号Ｐｄに応じて第１駆動制御信号３２が生成される。図３に示すように、まず、正弦波状のホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを増幅して飽和させた信号１８ｕ、１８ｖ、１８ｗを含む飽和信号１８を生成する。この飽和信号１８はさらに所定の演算処理によって駆動制御信号３２ｕ、３２ｖ、３２ｗを含む第１駆動制御信号３２に変換される。特に、後述する第１波形生成回路２４は、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに応じて第１駆動制御信号３２を出力する。

（モータ駆動部）
モータ駆動部４０は、駆動制御信号３０に応じて駆動信号４２をモータ１０のステータコイル１４に出力する。モータ駆動部４０は、プリドライブ回路４０ａと、インバータ回路４０ｂと、を含む。第１駆動制御信号３２が選択されると、プリドライブ回路４０ａには第１駆動制御信号３２である駆動制御信号３０が入力される。プリドライブ回路４０ａは駆動制御信号３０に基づいて、２０ｋＨｚから１００ｋＨｚ程度のＰＷＭ信号４に変換する。ＰＷＭ信号４は、ＰＷＭ信号４ｕｈ、４ｕｌ、４ｖｈ、４ｖｌ、４ｗｈ、４ｗｌを含む。ＰＷＭ信号４は３相のインバータ回路４０ｂを構成するそれぞれのＭＯＳＦＥＴ（不図示）のゲートに入力される。インバータ回路４０ｂは、ＰＷＭ信号４に基づいてＭＯＳＦＥＴがスイッチング動作をする。モータ駆動部４０には電源Ｖｃｃから電力が供給されている。電源Ｖｃｃは制御回路部２０にも電力を供給してもよい。この結果、インバータ回路４０ｂからは駆動信号４２ｕ、４２ｖ、４２ｗを含む駆動信号４２がそれぞれのコイル１４ｕ、１４ｖ、１４ｗに出力される。駆動信号４２がステータコイル１４に入力されることによって、マグネット１２ａの磁極との相互作用によりマグネット１２ａに回転駆動力を生じさせる。

（正弦波駆動）
次に、正弦波駆動について説明する。図４は実施の形態のモータ駆動制御装置１００における正弦波駆動のタイミングチャートである。正弦波駆動とは、コイル１４ｕ、１４ｖ、１４ｗに３相の正弦波状の駆動信号が出力される駆動方式である。正弦波駆動では、正弦波状の駆動信号が出力されるため、コイルの通電方向の切り替えである転流の際に、複数の相のコイルに重複して通電される期間が長い。正弦波駆動の重複通電期間は、例えば電気角で６０度（π／３）である。このため、コイル１４ｕ、コイル１４ｖおよびコイル１４ｗに流れる電流が緩やかに変化するので、矩形波駆動と比較して、正弦波駆動は転流時のコイル電流変化が緩やかであり、ステータコイル１４の切替音の音圧レベルを抑制して目立たなくすることができる。本発明は、矩形波駆動と、矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動とを切替える制御に関するものであるが、矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動は、正弦波駆動に限定されるものではなく、実質的に正弦波状である駆動も含む。例えば、台形波駆動や三角波駆動も含む。

（第２駆動制御信号）
モータ駆動制御装置１００では、正弦波駆動をするために、位置検出信号Ｐｄに応じて第２駆動制御信号３４が生成される。図４に示すように、正弦波状のホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗから非飽和の状態で増幅された信号１９ｕ、１９ｖ、１９ｗを含む非飽和信号１９を生成する。この非飽和信号１９はさらに所定の演算処理によって駆動制御信号３４ｕ、３４ｖ、３４ｗを含む第２駆動制御信号３４に変換される。特に、後述する第２波形生成回路２６は、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに応じて第２駆動制御信号３４を出力する。

第２駆動制御信号３４が選択されると、プリドライブ回路４０ａには第２駆動制御信号３４である駆動制御信号３０が入力され、第２駆動制御信号３４に対応するＰＷＭ信号が３相のインバータ回路４０ｂに出力される。これにより、３相のインバータ回路４０ｂからは、第２駆動制御信号３４に対応する３相の駆動信号４２が出力される。駆動信号４２がステータコイル１４に入力されることによって、マグネット１２ａの磁極との相互作用によりマグネット１２ａに回転駆動力を生じさせる。これらの構成は矩形波駆動と同様である。

（制御回路部）
次に、制御回路部２０の駆動制御信号を選択して駆動制御信号３０を出力する動作を説明する。図２に示すように、制御回路部２０は、ホール変化検出回路２２と、第１波形生成回路２４と、第２波形生成回路２６と、セレクタ２８と、低速検出回路４６と、逆転検出回路４４と、を含む。ホール変化検出回路２２は、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの極性の変化を検出してモード信号２２ｄを出力する。第１波形生成回路２４は、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに応じて第１駆動制御信号３２を生成する。第２波形生成回路２６は、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗに応じて第２駆動制御信号３４を生成する。セレクタ２８は、ホール変化検出回路２２のモード信号２２ｄに応じて第１駆動制御信号３２と第２駆動制御信号３４のいずれかを選択した駆動制御信号３０をモータ駆動部４０に出力する。なお、低速検出回路４６および逆転検出回路４４については後述する。

図５は制御回路部２０の動作を説明するタイミングチャートである。制御信号ＳＳは、図１に示したように、外部装置から制御回路部２０に入力されるモータの駆動のスタートストップ信号であり、Ｌレベルでモータは停止し、Ｈレベルでモータが回転する。エッジ信号２２ｃはエッジ検出部２２ａの出力信号、モード信号２２ｄはホール変化検出回路２２の出力信号、駆動制御信号３０はセレクタ２８の出力信号でＵ相に対応する信号である。制御回路部２０は、起動時には第１駆動制御信号３２を出力し、位置検出信号Ｐｄに基づいて回転状態にあることを検出したときには第２駆動制御信号３４を出力する。つまり、制御回路部２０は停止から起動の際には第１駆動制御信号３２を選択して出力することで、脱調の懸念がない矩形波駆動を行う。そして、回転速度に関わらず、回転状態にあることを検出したときには、以後第２駆動制御信号３４を選択して出力し、低騒音の正弦波駆動に切り替える。安定回転以前のタイミングであっても回転状態にあることを検出したときに正弦波駆動に切り替えるため、矩形波駆動による切替音の回数を減らして不快感を緩和できる。

（ホール変化検出回路）
次に、ホール変化検出回路２２について説明する。制御回路部２０のホール変化検出回路２２は、ホール信号Ｈｓの極性の変化に応じて回転状態を判定して、その判定結果に応じたモード信号２２ｄをセレクタ２８に出力する。ホール変化検出回路２２は、エッジ検出部２２ａと駆動判定部２２ｂとを含む。エッジ検出部２２ａは、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗのいずれかの極性の変化に基づいてエッジ信号２２ｃを出力する。特に、エッジ検出部２２ａは、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを矩形波に変換した後、排他的論理和演算してエッジ信号２２ｃを生成し駆動判定部２２ｂに出力する。駆動判定部２２ｂはエッジ信号２２ｃに基づいて回転状態を判定してモード信号２２ｄを出力する。駆動判定部２２ｂは、一例として、エッジ信号２２ｃの立ち上がりエッジおよび立ち下がりエッジをカウントして所定のカウント値に達したら回転状態と判定するようにしてもよい。回転状態と判定するカウント値は静音化のニーズに応じて設定してもよい。

次に、カウント値の設定について説明する。矩形波駆動の時間を短くする観点から、図５の設定例３に示すように、回転状態と判定するカウント値を３に設定してもよい。この場合、矩形波駆動時の転流による切替音が３〜４回に減り、矩形波駆動の継続時間を０．１秒以下に縮めることも可能であるとの検討結果も得ている。図５において“Ｎ”は切替音を生じるタイミングの一例を示している。また、図５の設定例２に示すように、回転状態と判定するカウント値は２にしてもよい。この場合、矩形波駆動時の転流による切替音の回数を減らすことができる。さらに、図５の設定例１に示すように、回転状態と判定するカウント値は１にしてもよい。この場合、矩形波駆動時の転流による切替音の回数がさらに減り、矩形波駆動の継続時間を０．０５秒以下に縮めることも可能であるとの検討結果も得ている。矩形波駆動の継続時間を短縮することによって、起動騒音を不快と感じる割合を減らすことが可能になる。実施の形態のモータ駆動制御装置１００では、回転状態と判定するカウント値は１に設定している。このように構成することにより、エッジ検出部２２ａは、起動からホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの少なくとも１つの極性が変化したときに、回転状態にあると判定することができる。なお、参考として、図５の設定例４に矩形波駆動のみの場合の駆動制御信号３０を示している。

（駆動判定部）
駆動判定部２２ｂは、エッジ検出部２２ａと低速検出回路４６と逆転検出回路４４の出力とに応じて駆動モードを判定して、その判定結果に応じたモード信号２２ｄをセレクタ２８に出力する。起動時には駆動判定部２２ｂはリセットされてモード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）になっている。駆動判定部２２ｂは、エッジ検出部２２ａが回転状態にあると判定したらモード信号２２ｄを第２モード（Ｈレベル）に切り替えて維持する。また、駆動判定部２２ｂは、低速検出回路４６が低速状態を検出したらリセットされてモード信号２２ｄを第１モード（Ｌレベル）に切り替える。この場合、低速状態が続く間は第１モードを維持する。また、駆動判定部２２ｂは、逆転検出回路４４が逆転状態を検出したらリセットされてモード信号２２ｄを第１モード（Ｌレベル）に切り替える。この場合、逆転状態が続く間は第１モードを維持する。

（セレクタ）
既述したように、第１波形生成回路２４は、正弦波状のホール信号Ｈｓから生成した飽和信号１８を所定の演算処理することで第１駆動制御信号３２に変換してセレクタ２８に出力する。第２波形生成回路２６は、正弦波状のホール信号Ｈｓから生成した非飽和信号１９を所定の演算処理することで第２駆動制御信号３４に変換してセレクタ２８に出力する。セレクタ２８は、モード信号２２ｄに応じて第１駆動制御信号３２と第２駆動制御信号３４のいずれか一方を選択して駆動制御信号３０としてモータ駆動部４０に出力する。特に、セレクタ２８は、モード信号２２ｄが第１モード（Ｌレベル）であるときに第１駆動制御信号３２を出力し、モード信号２２ｄが第２モード（Ｈレベル）であるときに第２駆動制御信号３４を出力する。つまり、セレクタ２８は、起動時、低速状態時および逆転状態時には第１駆動制御信号３２を出力し、起動後の回転状態にあると判定したときに第２駆動制御信号３４を出力する。

（低速検出回路）
次に、低速検出回路４６について説明する。図６は、低速検出回路４６の動作の一例を説明するタイミングチャートである。起動後に例えば外力により回転が阻害されてモータが停止することがある。この場合、外力がなくなり再起動する際には矩形波駆動で起動することが望ましい。そこで、実施の形態のモータ駆動制御装置１００では、制御回路部２０は、位置検出信号Ｐｄに基づいて所定の低速状態を検出したときは第１駆動制御信号３２を出力するように構成されている。特に、制御回路部２０は低速検出回路４６を含み、低速検出回路４６はホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗの周期が所定時間を超えた場合に低速状態と判定する。

図６では、一例として、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを増幅して飽和させて合成した合成信号ＨＦＧを用いて判定する方法を説明する。モータ駆動制御装置１００では、一例として、モータの回転速度が１ｒｐｍ以下である場合に低速状態と判定する。具体的には、低速検出回路４６は合成信号ＨＦＧの半周期（エッジ間隔）が所定の時間Ｔ４６（例えば１０秒）に達したタイミングで低速状態と判定して低速信号４６ａをＨレベルに切り替えて駆動判定部２２ｂに出力する。駆動判定部２２ｂは、低速信号４６ａによってリセットされて、モード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）に切り替わる。この結果、セレクタ２８は第１駆動制御信号３２を出力するので、再起動時も矩形波駆動で起動することができる。その後、低速検出回路４６は合成信号ＨＦＧの半周期が所定の時間Ｔ４６より短くなったら低速信号４６ａをＬレベルに切り替えて駆動判定部２２ｂに出力する。この場合、駆動判定部２２ｂは、モード信号２２ｄを第１モード（Ｌレベル）に維持して、エッジ検出部２２ａが回転状態にあると判定したときに第２モード（Ｈレベル）に切り替える。

（逆転検出回路）
次に、逆転検出回路４４について説明する。図７は、逆転検出回路４４の動作の一例を説明するタイミングチャートである。例えばファン製品において、外部の気流によってファンに接続されたモータがわずかに逆回転していることがある。逆回転中でもモータが回転している場合には、ホール変化検出回路２２が回転状態と判定することがあるため、逆回転中の起動の際に矩形波駆動されない懸念がある。そこで、実施の形態のモータ駆動制御装置１００では、制御回路部２０は、位置検出信号Ｐｄに基づいて逆転状態を検出したときは第１駆動制御信号３２を出力するように構成されている。

特に、制御回路部２０は逆転検出回路４４を含み、逆転検出回路４４はホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗのそれぞれの極性反転のタイミングに応じて逆転状態を判定する。一例として、ホール信号を増幅して飽和させた信号１８ｖ、信号１８ｗを用いて判定する方法を説明する。図７に示すように、逆転検出回路４４は、信号１８ｖの立ち上がりエッジのタイミングで信号１８ｗがＬレベルであるときは正転と判定し、出力信号４４ａをＬレベルに維持する（図７の左半分）。逆転検出回路４４は、信号１８ｖの立ち上がりエッジのタイミングで信号１８ｗがＨレベルであるときは逆転と判定して出力信号４４ａをＨレベルに変化させて維持する（図７の右半分）。出力信号４４ａがＨレベルに変化することで、駆動判定部２２ｂはリセットされて、モード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）に切り替わる。この結果、セレクタ２８は第１駆動制御信号３２を出力するため、逆回転中の起動時も矩形波駆動で起動することができる。その後、逆転検出回路４４は正転と判定して出力信号４４ａをＬレベルに切り替えて駆動判定部２２ｂに出力する。この場合、駆動判定部２２ｂは、モード信号２２ｄを第１モード（Ｌレベル）に維持し、エッジ検出部２２ａが回転状態にあると判定したときに第２モード（Ｈレベル）に切り替える。

次に、実施の形態のモータ駆動制御装置１００の動作について説明する。図８は、モータ駆動制御装置１００の動作を説明するフローチャートである。ステップ８０はロータ１２が停止して待機している状態である。ステップ８０では、ホール信号Ｈｓが変化しないのでモード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）で、低速信号４６ａはＨレベルである。この結果、セレクタ２８は第１駆動制御信号３２を選択して出力するため、矩形波駆動になる。ステップ８１でスタート命令が入力されると、ロータ１２は矩形波駆動で回転を始める（ステップ８２）。ロータ１２が回転するとホール信号Ｈｓの極性が変化する（ステップ８３）。ホール信号Ｈｓの極性が変化すると低速信号４６ａはＬレベルに変化し、ホール信号Ｈｓの極性変化が所定のカウント値に達するとモード信号２２ｄは第２モード（Ｈレベル）に変化し、正弦波駆動に切り替わる（ステップ８４）。この結果、ロータ１２は正弦波駆動で回転を続ける（ステップ８５）。

次に、ステップ８６でストップ命令が入力されると、ロータ１２は正弦波駆動で減速する（ステップ８７）。ロータ１２が所定の速度以下に減速されると、低速信号４６ａはＨレベルに変化し、駆動判定部２２ｂはリセットされてモード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）に変化する。この結果、セレクタ２８は第１駆動制御信号３２を選択して出力するため、矩形波駆動に切り替わる（ステップ８８）。そして、矩形波駆動を維持した状態でロータ１２が停止し（ステップ８９）、ステップ８０の待機状態に戻る。

次に、ホール信号Ｈｓの極性の変化と低速信号４６ａとの関係を説明する。
（条件１）ホール信号Ｈｓの極性が変化しておらず、低速信号４６ａが非低速状態（Ｌレベル）である組み合わせは起こりえない条件であるが、モード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）で、矩形波駆動になる。
（条件２）ホール信号Ｈｓの極性が変化しておらず、低速信号４６ａが低速状態（Ｈレベル）であるケースでは、駆動判定部２２ｂはリセットされてモード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）で、矩形波駆動になる。
（条件３）ホール信号Ｈｓの極性が変化しており、低速信号４６ａが非低速状態（Ｌレベル）であるケースでは、駆動判定部２２ｂのモード信号２２ｄは第２モード（Ｈレベル）になり、正弦波駆動になる。
（条件４）ホール信号Ｈｓの極性が変化しており、低速信号４６ａが低速状態（Ｈレベル）であるケースでは、駆動判定部２２ｂはリセットされてモード信号２２ｄは第１モード（Ｌレベル）で、矩形波駆動になる。
以上を整理すると、モータ駆動制御装置１００では、条件３でのみ正弦波駆動になり、起こりえない条件を含めて条件１、２、４では矩形波駆動になる。この結果、外的要因によりロータが僅かに動いたことでホール信号Ｈｓの極性が変化したとしても、低速信号４６ａが低速状態（Ｈレベル）であれば矩形波駆動を維持して、正弦波駆動でなく脱調の懸念が小さい矩形波駆動で起動することができる。

次に、このように構成されたモータ駆動制御装置１００が実行するモータ駆動制御方法について説明する。このモータ駆動制御方法は、起動時には制御回路部２０から第１駆動制御信号３２を出力することと、位置検出信号Ｐｄの極性の変化を検出したときは制御回路部２０から第２駆動制御信号３４を出力することと、を含む。

次に、実施の形態のモータ駆動制御装置１００の特徴について説明する。
モータ駆動制御装置１００では、制御回路部２０は、起動時には第１駆動制御信号３２を出力し、位置検出信号Ｐｄに基づいて回転状態にあることを検出したときには第２駆動制御信号３４を出力する。このため、回転状態を検出するために特別な部材を別に設ける場合と比較して、特別な部材の配置スペースが不要で小型化に有利であり、特別な部材によるコストアップを回避することができる。また、モータとファンの間に振動を吸収するためのゴム製の部材を設ける場合と比較して、ゴム製の部材を組み付ける製造の手間が省け、ゴム製の部材によるコストアップを回避することができる。

モータ駆動制御装置１００では、回転位置検出手段１６は、それぞれ位相差を有する３つの位置検出信号であるホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗを生成し、制御回路部２０は、３つのホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗのいずれかの極性の変化を検出したときは第２駆動制御信号３４を出力する。このため単独の位置検出信号を用いる場合に比べて回転状態をより早く検出することが可能になり、起動時の矩形波駆動の時間を一層短縮することができる。

モータ駆動制御装置１００では、制御回路部２０は、位置検出信号Ｐｄに基づいて所定の低速状態を検出したときは第１駆動制御信号３２を出力するため、外力などの影響によって停止した後に再起動する場合にも矩形波駆動で起動することで、再起動時における脱調の懸念を緩和することができる。また、位置検出信号Ｐｄに基づいて低速状態を検出するため、低速状態を検出するために特別な部材を別に設ける場合と比較して、小型化に有利でありコストアップを回避することができる。

モータ駆動制御装置１００では、制御回路部２０は、位置検出信号Ｐｄに基づいて逆転状態を検出したときは第１駆動制御信号３２を出力するため、外部の気流などによって逆転している状態から起動する場合にも矩形波駆動で起動することで、逆転中の起動における脱調の懸念を緩和することができる。また、位置検出信号Ｐｄに基づいて逆転状態を検出するため、逆転状態を検出するために特別な部材を別に設ける場合と比較して、小型化に有利でありコストアップを回避することができる。

モータ駆動制御装置１００では、回転位置検出手段１６はホールセンサ１６ｕ、１６ｖ、１６ｗを含み、位置検出信号Ｐｄはホールセンサ１６ｕ、１６ｖ、１６ｗが出力するホール信号Ｈｓであるから、非接触でロータの回転位置を検出でき、ロータリーエンコーダを設ける場合と比較して小型化と軽量化に有利である。

モータ駆動制御装置１００では、ホール変化検出回路２２の出力に応じて第１駆動制御信号３２と第２駆動制御信号３４のいずれかを選択して出力するセレクタ２８を含むため、第１駆動制御信号３２による矩形波駆動と第２駆動制御信号３４による正弦波駆動とを円滑に簡単に切り替えてモータ駆動部４０に出力することができる。また、ホール変化検出回路２２の出力に応じて切り替えるため、回転状態を検出するために別のセンサを設けなくとも構成可能で、小型化やコストダウンに有利である。

以上、本発明の実施の形態をもとに説明した。これらの実施の形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。実施の形態を説明する各図は、構成の一例を示すものでこれに限定されるものではない。また、フローチャートに示したステップやタイミングチャートに示した波形は、一例を示すものでこれに限定されるものではない。例えば、各ステップ間に他の処理が挿入され、処理が並列化され、処理の順序が変更され、処理の一部が削除されてもよい。

（変形例１）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、ホール変化検出回路２２が３つのホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗから合成したエッジ信号２２ｃに基づいて回転状態を判定する例について説明したがこれに限定されない。ホール変化検出回路は、いずれかのホール信号に基づいて回転状態を判定するように構成されてもよい。

（変形例２）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、ホール変化検出回路２２がエッジ信号２２ｃのエッジをカウントして、そのカウントに応じて回転状態と判定する例について説明したがこれに限定されない。ホール変化検出回路は、ホール信号またはその３相合成信号について、特定の時間（例えば、周期または半周期の時間）を検出し、特定の時間が所定の時間（例えば２７ｍｓ）未満であれば回転状態と判定するように構成されてもよい。この場合、特定の時間が所定の時間以上である場合は矩形波駆動とするように構成されてもよい。

（変形例３）
実施の形態の説明では、モータは３相のブラシレスモータである例について説明したがこれに限定されない。モータは例えば単相、２相あるいは４相以上のブラシレスモータであってもよい。

（変形例４）
実施の形態の説明では、モータ駆動制御装置１００の各構成要素が、主にハードウェアによる処理をする例について説明したがこれに限定されない。モータ駆動制御装置の少なくとも一部にはソフトウェアによる処理をする構成要素が含まれてもよい。ソフトウェアによる処理は、例えばＭＣＵ（Micro Control Unit）を使用することで実現することができる。

（変形例５）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、回転位置検出手段がホールセンサを含む例について説明したがこれに限定されない。回転位置検出手段は他のメカニズムによりロータの位置を検出する手段であってもよく、例えば、ステータコイルに誘起される逆起電力に応じてロータの位置を検出する手段であってもよい。また、回転位置検出手段はロータリーエンコーダを含んでもよい。

（変形例６）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、第１駆動制御信号３２および第２駆動制御信号３４がアナログ信号の状態でプリドライブ回路４０ａに入力され、プリドライブ回路４０ａにおいてＰＷＭ信号に変換される例について説明したが、これに限定されない。例えば、第１駆動制御信号３２および第２駆動制御信号３４は第１波形生成回路２４および第２波形生成回路２６においてそれぞれＰＷＭ信号に変換されて、ＰＷＭ信号の状態でプリドライブ回路４０ａに入力されてもよい。この場合、図３〜５における駆動制御信号３２ｕ、３２ｖ、３２ｗ、３４ｕ、３４ｖ、３４、３０は、それぞれのＰＷＭ信号に対応するアナログ波形を示している。

（変形例７）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗから増幅されたアナログ信号である信号１９ｕ、１９ｖ、１９ｗを用いて第２駆動制御信号３４が生成される例について説明したが、これに限定されない。例えば、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、ＨｗからＡＤコンバータによって変換されたデジタル信号に基づいて第２駆動制御信号３４が生成されてもよい。同様に、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、ＨｗからＡＤコンバータで変換されたデジタル信号に基づいて第１駆動制御信号３２が生成されてもよい。また、例えば、ホール信号Ｈｕ、Ｈｖ、Ｈｗから飽和増幅した飽和信号１８に基づいてデジタル処理によって第２駆動制御信号３４が生成されもよい。この場合、図３、４における、信号１８ｕ、１８ｖ、１８ｗ、１９ｕ、１９ｖ、１９ｗは、それぞれのデジタル信号に対応するアナログ波形を示している。このように構成することによって、アナログ回路の割合が小さくなるため、集積回路化に有利である。

（変形例８）
実施形態に係るモータ駆動制御装置１００では、ストップ命令が入力されると、ロータ１２が正弦波駆動で減速する例について説明したが、これに限定されない。例えば、ストップ命令が入力された場合に、ステータコイル１４の通電を停止して減速してもよく、ステータコイル１４に誘起される逆起電力を短絡して減速してもよい（ショートブレーキ）。

（変形例９）
モータ駆動制御装置１００の各構成要素は必要に応じて少なくとも一部を集積回路化してもよい。

１００ モータ駆動制御装置、 １０ モータ、 １２ ロータ、 １４ ステータコイル、 １６ 回転位置検出手段、 １９ 非飽和信号、 ２０ 制御回路部、 ２２ ホール変化検出回路、 ２２ａ エッジ検出部、 ２２ｂ 駆動判定部、 ２２ｃ エッジ信号、 ２２ｄ モード信号、 ２４ 第１波形生成回路、 ２６ 第２波形生成回路、 ２８ セレクタ、 ３０ 駆動制御信号、 ３２ 第１駆動制御信号、 ３４ 第２駆動制御信号、 ４０ モータ駆動部、 ４０ａ プリドライブ回路、 ４０ｂ インバータ回路、 ４２ 駆動信号、 ４４ 逆転検出回路、 ４６ 低速検出回路、 Ｐｄ 位置検出信号。

Claims (8)

1. モータのロータの回転位置に対応する位置検出信号を生成する回転位置検出手段と、
   前記位置検出信号に応じて、矩形波駆動をするための第１駆動制御信号と、前記矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動をするための第２駆動制御信号と、を選択して駆動制御信号を出力する制御回路部と、
   前記駆動制御信号に応じて駆動信号を前記モータのステータコイルに出力するモータ駆動部と、
   を備え、
   前記制御回路部は、
   起動時には前記第１駆動制御信号を出力し、
   前記位置検出信号に基づいて回転状態にあることを検出したときには前記第２駆動制御信号を出力するとともに、
   前記回転位置検出手段は、それぞれ位相差を有する複数の位置検出信号を生成し、
   前記制御回路部は、回転速度に関わらず、前記複数の位置検出信号のいずれかの極性の変化を検出したときは前記第２駆動制御信号を出力する
   ことを特徴とするモータ駆動制御装置。
2. 前記モータは３相のブラシレスモータであり、
   前記回転位置検出手段は各相のそれぞれに設けられる３個のホールセンサを含み、前記複数の位置検出信号は前記３個のホールセンサのそれぞれが生成する位相差を有する位置検出信号であり、
   前記制御回路部は、前記複数の位置検出信号の極性の変化を１回乃至３回のいずれかの回数分検出したときに前記第２駆動制御信号を出力することを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動制御装置。
3. 前記制御回路部は、前記複数の位置検出信号の極性の変化を１回検出したときに前記第２駆動制御信号を出力することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動制御装置。
4. 前記回転位置検出手段はホールセンサを含み、前記位置検出信号は前記ホールセンサが出力するホール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制御装置。
5. 前記制御回路部は、
   前記ホール信号の極性の変化を検出するホール変化検出回路と、
   前記ホール信号に応じて前記第１駆動制御信号を生成する第１波形生成回路と、
   前記ホール信号に応じて前記第２駆動制御信号を生成する第２波形生成回路と、
   前記ホール変化検出回路の出力に応じて前記第１駆動制御信号と前記第２駆動制御信号のいずれかを選択して出力するセレクタと、
   を含むことを特徴とする請求項４に記載のモータ駆動制御装置。
6. 前記制御回路部は、前記位置検出信号に基づいて所定の低速状態を検出したときは前記第１駆動制御信号を出力することを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載のモータ駆動制御装置。
7. 前記制御回路部は、起動の際に、前記位置検出信号に基づいて外力による逆転状態を検出したときは、正転と判定されるとともに、その後、前記回転状態にあることが検出されるまで、前記第１駆動制御信号を出力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モータ駆動制御装置。
8. モータのロータの回転位置に対応する位置検出信号を生成する回転位置検出手段と、
   前記位置検出信号に応じて、矩形波駆動をするための第１駆動制御信号と、前記矩形波駆動よりも重複通電期間を長くした駆動をするための第２駆動制御信号と、を選択して駆動制御信号を出力する制御回路部と、
   前記駆動制御信号に応じて駆動信号を前記モータのステータコイルに出力するモータ駆動部と、
   を備えるモータ駆動制御装置が実行するモータ駆動制御方法であって、
   起動時には前記制御回路部から前記第１駆動制御信号を出力することと、
   前記回転位置検出手段にてそれぞれ位相差を有する複数の位置検出信号を生成することと、
   回転速度に関わらず、前記複数の位置検出信号のいずれかの極性の変化を検出したときは前記制御回路部から前記第２駆動制御信号を出力することと、
   を含むことを特徴とするモータ駆動制御方法。

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