JP6698402B2 - 三相モータの駆動回路および駆動方法、プリンタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、三相ブラシレスモータの制御技術に関する。

三相ブラシレスモータの制御方法としては、１２０度通電方式（矩形波通電方式ともいう）と１８０度通電駆動方式（正弦波通電方式ともいう）が広く用いられており、それぞれがメリット、デメリットを有している。

１２０度通電方式は、駆動波形の生成が容易であり、またトルクが大きいというメリットを有するが、１８０度通電方式（あるいは１５０度通電方式）と比べて騒音や振動が発生し易いというデメリットがある。一方、１８０度通電方式では、１２０度通電方式に比べて、静音性及び振動特性に優れ、また高効率が得られるというメリットがあるが、ロータの位置に応じて正弦波あるいは擬似的な正弦波の形状を有する駆動波形を生成する必要があるため、常に回転数およびロータの位置を正確に検出する必要があり、またひとたび同期が外れると制御不能となることから、１２０度通電方式に比べて制御が複雑であるというデメリットがある。

ここで、１８０度通電方式では、モータの回転数に応じた周期の駆動波形を生成する必要がある。モータの加速中においては、ある時刻の回転数（周期）を検出しても、それを利用する次の時刻においては、モータの回転数は直前に測定された回転数とは異なっており、制御が不安定となる。

図１（ａ）は、従来の三相モータの起動シーケンスを示す図である。従来においては、起動直後においては回転数検出が不要であり、かつ高トルクな１２０度通電方式が選択され、モータを素早く始動し、ある程度回転数が高まった後に、静音性、低振動性に優れる１８０度通電に切りかえられている。

特開２００１−１８６７９０号公報

図１（ａ）のシーケンスによれば、ある程度回転数が安定化した後に、１８０度通電に切り替えるため、１２０度通電の期間が長くなる。上述のように１２０度通電は振動が大きく、また騒音が大きいため、１２０度通電の期間はなるべく短くしたい。しかしながら図１（ｂ）に示すように１２０度通電の期間を短くすると、検出したモータの回転数と実際のモータの回転数の誤差が大きいため、制御が不安定となり、モータの回転数は大きく変動してしまう。

本発明はかかる課題に鑑み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、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切り替えを早めることが可能なモータ駆動回路の提供にある。

本発明のある態様は、三相モータを駆動するモータ駆動回路に関する。モータ駆動回路は、三相モータの回転数の予測値を示す回転数予測情報を生成する回転数予測部と、第１モードと第２モードが切りかえ可能であり、（i）第１モードにおいて１２０度通電方式による制御信号を生成し、（ii）第２モードにおいて、回転数予測情報にもとづいて１８０度通電方式または１５０度通電方式による制御信号を生成する制御信号発生器と、制御信号発生器からの制御信号にもとづいて三相モータを駆動する駆動段と、三相モータの駆動開始後の第１期間の間、制御信号発生器を第１モードにセットし、第１期間の終了後の第２期間の間、制御信号発生器を第２モードにセットするシーケンサと、を備える。

過去に実際に測定された回転数に代えて、予測された回転数を生成することで、加速中においても、正しい回転数にもとづいた１８０度通電方式あるいは１５０度通電方式の制御信号を生成できる。したがって、加速期間中においても１８０度通電あるいは１５０度通電方式が可能であり、したがって１２０度通電方式から１８０度通電方式あるいは１５０度通電方式への切り替えを早めることができる。

ある態様の駆動回路は、三相モータの実際の回転数を示す回転数検出情報を生成する回転数検出回路をさらに備えてもよい。

制御信号発生器は、第１モードおよび第２モードに加えて、（iii）回転数検出情報にもとづいて１８０度通電方式による制御信号を生成する第３モードが選択可能であり、シーケンサは、第２期間の終了後の第３期間において、制御信号発生器を第３モードにセットしてもよい。
三相モータの回転数が最終的な目標値に近づいてくると、加速中の第２期間に比べてモータの回転数の変化は小さくなり、直前に測定した回転数と現在の実際の回転数は実質的に一致する。そこで第３期間では、回転数検出情報を利用することで、より適切な駆動波形を生成でき、制御を安定化できる。

回転数予測部は、起動開始からの経過時間にもとづいて、回転数を予測してもよい。

回転数予測部は、現在の回転数検出情報にもとづいて、次の回転数を予測してもよい。現在の回転数検出情報を考慮することで、より正確な予測が可能となる。

シーケンサは、起動開始から、回転数検出情報が示すモータの実際の回転数が第１所定値に達するまでの間を、第１期間としてもよい。シーケンサは、起動開始から所定時間の経過するまでの間を、第１期間としてもよい。

シーケンサは、回転数検出情報が示すモータの実際の回転数と第２所定値との誤差が許容量より小さくなると、第２期間から第３期間に遷移してもよい。

駆動回路は、三相モータに近接して配置されるホール素子からのホール信号を比較するホールコンパレータをさらに備えてもよい。回転数検出回路は、ホールコンパレータの出力にもとづいて、回転数検出情報を生成してもよい。

三相モータは、ＦＧ着磁されてもよい。モータ駆動回路は、三相モータからのＦＧ信号に応じた周波数を有する内部クロック信号と、外部からモータの回転数を指示する入力クロックを受け、それらの周波数の誤差に応じた加速信号および減速信号を生成する速度ディスクリミネータと、加速信号および減速信号を積分する積分アンプと、積分アンプの出力信号に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、をさらに備えてもよい。

制御信号発生器は、１８０度通電方式で使用される波形データを生成する波形データ生成部を含んでもよい。波形データの生成速度が、第２モードにおいて回転数予測情報に応じており、第３モードにおいて回転数検出情報に応じていてもよい。

シーケンサは、第２モードにおいて、回転数検出情報が示す三相モータの実際の回転数と、回転数予測情報が示す回転数との誤差が許容量を超えると、所定の保護シーケンスを実行してもよい。

駆動回路は、１つの半導体基板に一体集積化されてもよい。
「一体集積化」とは、回路の構成要素のすべてが半導体基板上に形成される場合や、回路の主要構成要素が一体集積化される場合が含まれ、回路定数の調節用に一部の抵抗やキャパシタなどが半導体基板の外部に設けられていてもよい。
回路を１つのチップ上に集積化することにより、回路面積を削減することができるとともに、回路素子の特性を均一に保つことができる。

本発明の別の態様は、プリンタ装置に関する。プリンタ装置は、三相モータと、三相モータを駆動する上述のいずれかのモータ駆動回路と、三相モータが取り付けられる紙送り機構と、を備える。

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、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。

本発明によれば、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切り替えを早めることができる。

図１（ａ）、（ｂ）は、従来の三相モータの起動シーケンスを示す図である。 実施の形態に係る駆動回路を備える制御システムの回路図である。 １２０度通電方式を示す波形図である。 １８０度通電方式を示す波形図である。 図２の駆動回路の動作波形図である。 制御信号発生器の構成例を示す回路図である。 駆動回路の別の構成例を示す回路図である。 図７の駆動回路を備えるプリンタ装置の斜視図である。

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、電気的な接続状態に影響を及ぼさない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、電気的な接続状態に影響を及ぼさない他の部材を介して間接的に接続される場合も含む。

図２は、実施の形態に係る駆動回路１００を備える制御システム２００の回路図である。制御システム２００は、駆動回路１００に加えて、ブラシレス三相モータ（単にモータという）２０２、ホール素子２０４〜２０８を備える。ホール素子２０４〜２０８はそれぞれ、モータ２０２のロータの位置に応じた周期的なホール信号Ｓ１_Ｕ〜Ｓ１_Ｗを生成する。各ホール信号Ｓ１は、逆極性の一対の信号を含む。

駆動回路１００は、モータ２０２を駆動する。駆動回路１００は、ひとつの半導体基板に一体集積化された機能ＩＣ（Integrated Circuit）である。駆動回路１００は、制御信号発生器１０、駆動段２０、シーケンサ３０、回転数予測部４０、回転数検出回路５０、ホールコンパレータＨＣＭＰ１〜ＨＣＭＰ３を備える。

制御信号発生器１０は、後述するように第１モードφ１から第３モードφ３が切りかえ可能であり、モードごとに異なる方式で制御信号Ｓ２を生成する。

駆動段２０は、制御信号発生器１０からの制御信号Ｓ２にもとづいて、モータ２０２の三相のコイル（不図示）に駆動電圧Ｓ３_Ｕ〜Ｓ３_Ｖを印加し、モータ２０２を駆動する。駆動段２０は、三相インバータ２２と、そのドライバ２４を含む。

ホールコンパレータＨＣＭＰ１は、Ｕ相のホール素子２０４からのホール信号Ｓ１_Ｕを比較し、Ｕ相の矩形信号Ｓ５_Ｕを生成する。同様にしてホールコンパレータＨＣＭＰ２、ＨＣＭＰ３は、Ｖ相、Ｗ相の矩形信号Ｓ_５Ｖ、Ｓ_５Ｗを生成する。矩形信号Ｓ５_Ｕ〜Ｓ５_Ｗは、モータ２０２のロータの位置を示しており、制御信号発生器１０に供給される。

制御信号発生器１０は、矩形波通電（１２０度通電）方式の第１モードφ１と、正弦波通電（１８０度通電）方式の第２モードφ２および第３モードφ３が切り替え可能である。１２０度通電方式の第１モードφ１において制御信号発生器１０は、ホールコンパレータＨＣＭＰ１〜ＨＣＭＰ３からの矩形信号Ｓ５にもとづいて制御信号Ｓ２_{（１２０°）}を生成し、駆動電流を供給するコイルを切り替えかえる（転流制御）。

図３は、１２０度通電方式を示す波形図である。各相のインバータのハイサイドアームのゲート信号ＵＨ，ＶＨ，ＷＨならびにローサイドアームのゲート信号ＵＬ，ＶＬ，ＷＬは、矩形信号Ｓ５のエッジのタイミングで所定の順序でオン、オフが切り替えられ、それぞれは電気角で１２０度の間、オンを維持する。各相のハイサイドアームは、そのオン期間においてＰＷＭ制御されてもよい。

図２に戻る。制御信号発生器１０は、１８０度通電方式である第２モードφ２あるいは第３モードφ３において、ホールコンパレータＨＣＭＰ１〜ＨＣＭＰ３からの矩形信号Ｓ５にもとづいて、モータ２０２の電流を供給するコイルを切り替えかえる（転流制御）。また１８０度通電方式である第２モードφ２あるいは第３モードφ３において、モータ２０２の回転数に応じて、正弦波駆動のための波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷを生成し、波形データにもとづいて、駆動段２０のインバータ２２をＰＷＭ制御する。

図４は、１８０度通電方式を示す波形図である。ここでは波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷとして理想的な正弦波を示すが、その波形は変調方式（２相変調、３相変調）によって異なる。たとえば２相変調では、双コブの正弦波が用いられる場合がある。また正弦波に代えて、それを簡略化した台形波やステップ波が用いられる場合もある。

図４に示すように、波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷそれぞれの周期は、ホール信号の周期と一致していなければならず、したがって波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷの生成には、現在のモータの回転数に関する情報が必要となる。たとえば制御信号発生器１０は、電気角で６０度の時間を単位として、波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷの生成を行う。この場合、制御信号発生器１０は、電気角６０度の時間を、モータの回転数を示す回転数情報として取得し、回転数情報に応じた時間スケールで、波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷを生成する。

図２に戻る。制御信号発生器１０は、第２モードφ２と第３モードφ３とで、回転数情報（電気角６０度の時間）として異なる信号を参照する。すなわち第２モードφ２において制御信号発生器１０は、第２モードφ２において、回転数予測部４０が生成する回転数予測情報Ｓ４を回転数情報として利用し、制御信号Ｓ２_{（１８０°）}を生成する。以下で説明するように回転数予測情報Ｓ４は、回転数の予測値である。回転数予測情報Ｓ４は、電気角６０°の長さを示してもよい。

ＤＣモータは、電圧Ｖｍを入力、回転数ωを出力としたときに、一次遅れ応答系で表される。ＤＣモータに、実効的な振幅がＶｍであるステップ入力を与えたときの回転数ωは、１２０度通電、１８０度通電方式においてそれぞれ、以下の式（１）、（２）にしたがって変化する。
ω_１２０°＝Ｖｍ_１２０°／Ｋｔ_１２０°×｛１−ｅ^{（−ｔ／τ１２０°）}｝ …（１）
ω_１８０°＝Ｖｍ_１８０°／Ｋｔ_１８０°×｛１−ｅ^{（−ｔ／τ１８０°）}｝ …（２）
Ｖｍ_１２０°、Ｖｍ_１８０°はそれぞれ、モータに印加される駆動電圧Ｓ３_Ｕ〜Ｓ３_Ｗの実効値である。Ｋｔ_１２０、Ｋｔ_１８０°は１２０度通電、１８０度通電におけるトルク定数である。τ_１２０°、τ_１８０°は、１２０度通電、１８０度通電におけるモータの回転数の一次遅れ系の応答式における時定数である。ｔは時間である。

回転数予測部４０は、式（２）にしたがって変化する回転数ω_１８０°の予測値を示す回転予測情報Ｓ４を生成する。回転数予測部４０は、式（２）の波形を保持するテーブルを含み、経過時間に応じてテーブルを読み出すことで、回転数情報Ｓ４を生成してもよい。
あるいは回転数予測部４０は、演算器を含み、式（２）を実際に演算することにより、回転数情報Ｓ４を生成してもよい。

回転数予測情報Ｓ４のデータ形式は特に限定されない。たとえば回転数予測情報Ｓ４は、回転数あるいは周期を示すデジタル値であってもよい。あるいは回転数予測情報Ｓ４は、回転数あるいは周期に応じた周波数を有するパルス（クロック）であってもよい。

また第３モードφ３において制御信号発生器１０は、回転数検出回路５０が生成する回転数検出情報Ｓ６を回転数情報として利用し、制御信号Ｓ２_{（１８０°）}を生成する。以下で説明するように回転数検出情報Ｓ６は、回転数の実測値である。

回転数検出回路５０は、モータ２０２の実際の回転数を示す回転数検出情報Ｓ６を生成する。回転数検出情報Ｓ６のデータ形式は特に限定されない。たとえば回転数検出情報Ｓ６は、回転数（あるいは周期）を示すデジタル値であってもよい。あるいは回転数検出情報Ｓ６は、回転数（あるいは周期）に応じた周波数を有するパルス（クロック）であってもよい。

回転数検出回路５０は、矩形信号Ｓ５の周期を測定してもよい。上述のように電気角６０度の長さをモータの回転数情報に対応付ける場合、３つの矩形信号Ｓ５_Ｕ〜Ｓ５_Ｗを論理合成することにより、エッジ毎にレベルが遷移するパルス信号Ｓ８（図４の最下段に示す）を生成し、電気角６０度に相当するエッジの間隔を測定してもよい。

シーケンサ３０は、モータ２０２の駆動開始後の第１期間Ｔ_１の間、制御信号発生器１０を第１モードφ１にセットし、続く第２期間Ｔ_２において、制御信号発生器１０を第２モードφ２にセットする。さらに第２期間Ｔ_２に続く第３期間Ｔ_３において、制御信号発生器１０を第３モードφ３に切り替える。シーケンサ３０から制御信号発生器１０へは、モードを指示するモード設定信号Ｓ７が供給される。

シーケンサ３０は、起動開始から、回転数検出情報Ｓ６が示すモータ２０２の実際の回転数が第１所定値ω_１に達するまでの間を、第１期間Ｔ_１とする。第１所定値ω_１は、第１モードφ１と第２モードφ２の切り替え速度である。

またシーケンサ３０は、回転数検出情報Ｓ６が示すモータ２０２の実際の回転数と第２所定値との誤差が許容量より小さくなると、第２期間Ｔ_２から第３期間Ｔ_３に遷移し、制御信号発生器１０を第３モードφ３に切り替える。第２所定値は、モータ２０２の目標回転数であってもよい。

以上が駆動回路１００の構成である。続いてその動作を説明する。図５は、図２の駆動回路１００の動作波形図である。時刻ｔ０に起動が開始する。第１期間Ｔ_１の間、第１モードφ１が選択される。モータ２０２が１２０度通電方式で駆動されると、その回転数ωは、式（１）で示す関係式にしたがって上昇していく。

時刻ｔ１にモータ２０２の回転数が第１所定値ω_１となると、第２期間Ｔ_２に移行し、制御信号発生器１０が第２モードφ２で動作する。モータ２０２が１８０度通電で駆動される結果、その回転数ωは、ω_１８０°’にしたがって上昇していく。波形ω_１８０°’は、式（２）のω_１８０°を、点Ｐ１を通るように時間軸方向に遅延させた波形である。回転数予測部４０が生成する回転数予測情報Ｓ４は、図５の速度変化ω_１８０°’にしたがって変化する。

そして時刻ｔ２に、モータ２０２の回転数が第２所定値ω_２に達すると、より詳しくは実際の回転数ωと第２所定値ω_２との誤差が許容値より小さくなると、第３期間Ｔ_３に移行し、それ以降、制御信号発生器１０は第３モードφ３で動作する。

以上が駆動回路１００の動作である。加速期間中の第２期間Ｔ_２においては、回転数予測部４０が生成する回転数の予測値は、直前の回転数の実測値よりも正確な回転数を表している。したがって加速中であっても、第２モードφ２を選択することにより１８０度通電でモータ２０２を駆動することが可能となる。つまり、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切り替えを早めることができる。１８０度通電の区間を増やすことにより、静音性を高め、また振動を低減することができる。

またモータ２０２の回転数が最終的な目標値に近づいてくると、加速中の第２期間Ｔ_２に比べてモータの回転数の変化は小さくなり、直前に測定した回転数と現在の実際の回転数は実質的に一致する。そこで第３期間Ｔ_３では、第３モードφ３を選択し、回転数検出情報Ｓ６を利用することで、より適切な駆動波形を生成でき、制御を安定化できる。

本発明は、図２のブロック図や回路図として把握され、あるいは上述の説明から導かれるさまざまな装置、回路、方法に及ぶものであり、特定の構成に限定されるものではない。以下、本発明の範囲を狭めるためではなく、発明の本質や回路動作の理解を助け、またそれらを明確化するために、より具体的な構成例を説明する。

図６は、制御信号発生器１０の構成例を示す回路図である。制御信号発生器１０は、波形データ生成部１２、パルス幅変調器１４、ロジック回路１６を含む。波形データ生成部１２は、モータ２０２の回転数にあわせて、波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷを生成する。なお図６にはＵ相に関する構成のみが示されるが、Ｖ相、Ｗ相についても同様である。

波形データ生成部１２は、波形メモリ６０、読み出し部６２、セレクタ６４を含む。波形メモリ６０は、正規化された振幅を有する波形データＳＩＮＵを保持する。波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷは同じであるから、波形メモリ６０はＵ，Ｖ，Ｗ相で共有してもよい。

読み出し部６２は、矩形信号Ｓ５_Ｕ〜Ｓ５_Ｗと同期しながら、波形データＳＩＮＵを、電気角６０°を単位として読み出す。読み出し部６２には回転数予測情報Ｓ４および回転数検出情報Ｓ６の一方が、入力される。たとえば読み出し部６２の前段には、第２モードφ２において回転数予測情報Ｓ４を、第３モードφ３において回転数検出情報Ｓ６を選択するセレクタ６４が挿入される。読み出し部６２は、波形データＳＩＮＵのうち電気角６０°分のデータを、セレクタ６４の出力信号Ｓ９が示す電気角６０°の長さとなるように読み出す。

パルス幅変調器１４は、波形データＳＩＮＵに応じたデューティ比を有するＰＷＭ（パルス幅変調）信号Ｓ_ＰＷＭＵに変換する。たとえばパルス幅変調器１４は、Ｄ／Ａコンバータ６６、オシレータ６８、コンパレータ７０を含む。Ｄ／Ａコンバータ６６は、読み出し部６２から読み出された波形データＳＩＮＵをアナログの波形信号Ｖ_ＳＩＮＵに変換する。オシレータ６８は、三角波あるいはのこぎり波の周期信号Ｖ_ＯＳＣを生成する。コンパレータ７０は、周期信号Ｖ_ＯＳＣと波形信号Ｖ_ＳＩＮＵを比較し、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭＵを生成する。なおパルス幅変調器１４はデジタル回路で構成してもよい。

ロジック回路１６は、ＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭＵと、矩形信号Ｓ５_Ｕ〜Ｓ５_Ｗにもとづいて、Ｕ相のゲート信号ＵＨ，ＵＬを生成する。Ｖ相、Ｗ相についても同様である。

波形データ生成部１２に関して、波形データＳＩＮが簡略化された波形である場合、波形メモリ６０に代えて、演算により波形データＳＩＮを生成してもよい。

図７は、駆動回路１００の別の構成例を示す回路図である。駆動回路１００ａは、モータ２０２の回転数の指令信号（トルク指令）として、入力クロック信号ＣＬＫＲＥＦを受ける。駆動回路１００ａは、モータ２０２の回転数が、入力クロック信号ＣＬＫＲＥＦの周波数に応じた目標値と一致するように、ＰＷＭ駆動のデューティ比をフィードバック制御する。なお、本発明において速度フィードバック制御は必須ではない。

モータ２０２はＦＧ着磁されており、モータ２０２の１回転当たり、所定数（たとえば４５回）のＦＧ信号が生成される。駆動回路１００ａのＦＧＩＮ端子には、ＦＧ信号が入力される。ＦＧアンプ７２は、ＦＧ信号を増幅する。ＰＬＬ回路７４は、ＦＧ信号を周波数逓倍（たとえば１０２４倍）し、内部クロック信号ＣＬＫＩＮＴを生成する。内部クロックＣＬＫＩＮＴは、モータ２０２の実際の回転数に比例した周波数を有することとなる。速度ディスクリミネータ７６は、入力クロック信号ＣＬＫＲＥＦと、内部クロック信号ＣＬＫＩＮＴの周波数（もしくは位相）を比較し、周波数の誤差に応じた加速信号ＡＣＣおよび減速信号ＤＥＣを生成する。積分アンプ７８は、加速信号ＡＣＣおよび減速信号ＤＥＣを積分し、速度制御信号Ｓ９を生成する。速度制御信号Ｓ９は制御信号発生器１０に供給される。

制御信号発生器１０は、１２０°通電、１８０°通電にかかわらず、速度制御信号Ｓ９を、ＰＷＭ駆動のデューティ比に反映させる。たとえば制御信号発生器１０が、図６のパルス幅変調器１４を含む場合、Ｄ／Ａコンバータ６６の基準電圧として、速度制御信号Ｓ９を与えればよい。パルス幅変調器１４がデジタル回路で構成される場合、速度制御信号Ｓ９をＡ／Ｄコンバータによりデジタル信号として取り込み、波形データＳＩＮＵ（ＳＩＮＶ，ＳＩＮＷ）と速度制御信号Ｓ９を乗算し、キャリア信号を、乗算結果を用いてパルス幅変調してもよい。図７の駆動回路１００ａによれば、外部からの速度制御が可能となる。

図７のように、回転数のフィードバック制御を行う場合、回転数の目標値と測定値の誤差に応じて、モータ２０２に印加される駆動電圧Ｖｍが変化し、起動時の回転数ωの応答は、式（１）あるいは式（２）から逸脱する場合もある。この場合には、フィードバック制御を前提として、シミュレーションあるいは実測にもとづいて回転数予測情報Ｓ４の波形を定めればよい。

あるいは、速度フィードバックの系を停止し、オープンループでモータを起動することにより、式（１）あるいは式（２）にもとづく回転数予測情報Ｓ４の波形を用いてもよい。

続いて駆動回路１００の用途を説明する。図８は、図７の駆動回路１００を備えるプリンタ装置３００の斜視図である。プリンタ装置３００は、紙３０４を給紙するための紙送り機構（シートフィーダともいう）３０２を備える。実施の形態に係る駆動回路１００は、紙送り機構３０２を制御するためのモータ２０２の駆動に好適である。

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変形例）
実施の形態では、回転数予測部４０は、起動開始からの時間にもとづいて、式（２）にしたがって回転数予測情報Ｓ４を生成した。この場合、モータ２０２の負荷が、設計時に想定した基準負荷から逸脱した場合に、回転数予測情報Ｓ４と実際の回転数が合致しなくなるおそれがある。そこで制御信号発生器１０は、回転数予測情報Ｓ４が示す回転数と、回転数検出情報Ｓ６が示す回転数の誤差が許容値を超えると、所定の処理あるいはシーケンスを実行してもよい。たとえば制御信号発生器１０は、一旦、モータ２０２を停止した後に、第１モードφ１に戻り、再始動してもよい。

（第２変形例）
起動開始からの経過時間のみにもとづいて回転数予測情報Ｓ４を生成すると、時間の経過と共に誤差が累積され、正確な回転数検出が難しくなる。そこで回転数予測部４０は、ある時刻の回転数の実測値にもとづいて、次の時刻の回転数を予測してもよい。従来あるいは第３モードでは、ある時刻の回転数の実測値が、次の時刻の回転数としてそのまま使用されるのであり、それは異なることに留意されたい。つまり回転数予測部４０は、現在の回転数検出情報Ｓ６にもとづいて、次の回転数を予測してもよい。回転数予測部４０は、現在の回転数検出情報Ｓ６と、次の回転数の予測値を対応付けるテーブルを含んでもよい。

（第３変形例）
図７の駆動回路１００ａにおいて、積分アンプ７８に代えて、チャージポンプ回路を設けてもよい。この場合、速度ディスクリミネータ７６は、速度誤差に応じて加速パルスＡＣＣ、減速パルスＤＥＣを生成する。チャージポンプ回路は、キャパシタと、加速パルスＡＣＣに応答してキャパシタを充電し、減速パルスＤＥＣに応じてキャパシタを放電する充放電回路と、を含みうる。キャパシタに生ずる電圧が、速度制御信号Ｓ９に対応する。

チャージポンプ回路より前段の速度ディスクリミネータ７６、セレクタ６４、ＦＧアンプ７２を駆動回路１００ａの外部に設けてもよい。すなわち駆動回路１００ａは、加速パルスＡＣＣ、減速パルスＤＥＣを受ける端子を備えてもよい。

（第４変形例）
図７では、モータ２０２の回転数を指示する速度指令値が外部からのクロック信号ＣＬＫＲＥＦを説明したが、本発明はそれに限定されない。速度指令値は、その電圧レベルが回転数の目標値であるアナログ電圧であってもよい。この場合、アナログ電圧の形式で、モータ２０２の速度検出値を生成し、エラーアンプによりアナログの速度指令値とアナログの速度検出値の誤差を増幅してもよい。このように速度に関するフィードバック制御の方式は特に限定されない。

（第５変形例）
駆動回路１００は、外部からモータ２０２の速度指令値（トルク指令値）を受け、オープンループでモータ２０２を駆動してもよい。この場合、速度指令値を、それに応じたデューティ比を有するＰＷＭ信号に変換し、ＰＭＷ信号にもとづいてモータ２０２をＰＷＭ駆動すればよい。速度指令値そのものをＰＷＭ信号としてもよい。

（第６変形例）
シーケンサ３０は、起動開始から所定時間τの経過するまでの間を、第１期間Ｔ_１としてもよい。所定時間τは、１２０度通電方式でモータ２０２を駆動したときに、回転数が第１所定値ω_１に到達するのに要する時間である。

（第７変形例）
実施の形態ではホール素子２０４〜２０８を備える制御システム２００について説明したが本発明はそれには限定されない。ホール素子は、Ｕ〜Ｗ相のいずれか１相のみに設けられてもよい。

あるいはホール素子２０４〜２０８を省略したセンサレス方式の制御システム２００にも本発明は適用可能である。この場合、ホール素子２０４〜２０８の代わりに、コイルの端子電圧と中点電圧の比較にもとづきゼロクロス点を検出する逆起電力（ＢＥＭＦ）検出用のＢＥＭＦコンパレータを設ければよい。

（第８変形例）
回転数検出回路５０による回転数の検出方法は特に限定されない。図７に示したようにモータ２０２がＦＧ着磁され、ＦＧ信号が生成される場合、回転数検出回路５０は、ＦＧ信号にもとづいて回転数検出情報Ｓ６を生成してもよい。あるいは駆動回路１００が、逆起電力にもとづくゼロクロスを検出するためのコンパレータを備える場合、ＢＥＭＦコンパレータの出力の周期にもとづいて回転数検出情報Ｓ６を生成してもよい。

（第９変形例）
実施の形態では、１２０度通電方式から１８０度通電方式への切りかえを説明したが本発明はそれに限定されない。たとえば、第２モードにおける正弦波通電方式として、１５０度通電方式を採用してもよく、１８０度、１５０度その他の、正弦波あるいは疑似正弦波の駆動方式を用いることができる。

（第１０変形例）
モータ２０２の種類は特に限定されず、冷却装置に用いられるファンモータでもよい。

実施の形態にもとづき、具体的な語句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…駆動回路、２００…制御システム、２０２…モータ、２０４，２０６，２０８…ホール素子、１０…制御信号発生器、１２…波形データ生成部、１４…パルス幅変調器、１６…ロジック回路、２０…駆動段、２２…インバータ、２４…ドライバ、３０…シーケンサ、４０…回転数予測部、５０…回転数検出回路、ＨＣＭＰ…ホールコンパレータ、Ｓ１…ホール信号、Ｓ２…制御信号、Ｓ３…駆動電圧、Ｓ４…回転数予測情報、Ｓ５…矩形信号、Ｓ６…回転数検出情報、Ｓ７…モード設定信号、Ｓ８…パルス信号、Ｓ９…速度制御信号、６０…波形メモリ、６２…読み出し部、６４…セレクタ、６６…Ｄ／Ａコンバータ、６８…オシレータ、７０…コンパレータ、７２…ＦＧアンプ、７４…ＰＬＬ回路、７６…速度ディスクリミネータ、７８…積分アンプ、３００…プリンタ装置、３０２…紙送り機構、３０４…紙。

Claims (16)

1. 三相モータを駆動するモータ駆動回路であって、
   前記三相モータの回転数の予測値を示す回転数予測情報を生成する回転数予測部と、
   第１モードと第２モードが切りかえ可能であり、（i）第１モードにおいて１２０度通電方式による制御信号を生成し、（ii）第２モードにおいて、前記回転数予測情報にもとづいて１８０度通電方式または１５０度通電方式による制御信号を生成する制御信号発生器と、
   前記制御信号発生器からの制御信号にもとづいて前記三相モータを駆動する駆動段と、
   前記三相モータの駆動開始後、前記三相モータの回転数が最終的な目標値に到達するより前の第１期間の間、前記制御信号発生器を第１モードにセットし、前記第１期間の終了後の第２期間の間、前記制御信号発生器を第２モードにセットするシーケンサと、
   を備えることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記三相モータの実際の回転数を示す回転数検出情報を生成する回転数検出回路をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のモータ駆動回路。
3. 前記制御信号発生器は、前記第１モードおよび前記第２モードに加えて、（iii）前記回転数検出情報にもとづいて１８０度通電方式または１５０度通電方式による制御信号を生成する第３モードが選択可能であり、
   前記シーケンサは、前記第２期間の終了後の第３期間において、前記制御信号発生器を第３モードにセットすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記回転数予測部は、起動開始からの経過時間にもとづいて、前記回転数を予測することを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のモータ駆動回路。
5. 前記回転数予測部は、現在の前記回転数検出情報にもとづいて、次の前記回転数を予測することを特徴とする請求項２または３に記載のモータ駆動回路。
6. 前記シーケンサは、起動開始から、前記回転数検出情報が示す前記三相モータの実際の回転数が、前記目標値より低く定められた第１所定値に達するまでの間を、前記第１期間とすることを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
7. 前記シーケンサは、起動開始から所定時間の経過するまでの間を、前記第１期間と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回路。
8. 前記シーケンサは、前記回転数検出情報が示す前記三相モータの実際の回転数と第２所定値との誤差が許容量より小さくなると、前記第２期間から前記第３期間に遷移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。
9. 前記三相モータに近接して配置されるホール素子からのホール信号を比較するホールコンパレータをさらに備え、
   前記回転数検出回路は、前記ホールコンパレータの出力にもとづいて、前記回転数検出情報を生成することを特徴とする請求項２または３に記載のモータ駆動回路。
10. 前記三相モータは、ＦＧ着磁されており、
    前記モータ駆動回路は、
    前記三相モータからのＦＧ信号に応じた周波数を有する内部クロック信号と、外部から前記三相モータの回転数を指示する入力クロックを受け、それらの周波数の誤差に応じた加速信号および減速信号を生成する速度ディスクリミネータと、
    前記加速信号および減速信号を積分する積分アンプと、
    前記積分アンプの出力信号に応じたデューティ比を有するパルス幅変調信号を生成するパルス幅変調器と、
    をさらに備えることを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載のモータ駆動回路。
11. 前記制御信号発生器は、１８０度通電方式で使用される波形データを生成する波形データ生成部を含み、
    前記波形データの生成速度が、前記第２モードにおいて前記回転数予測情報に応じており、前記第３モードにおいて前記回転数検出情報に応じていることを特徴とする請求項３に記載のモータ駆動回路。
12. 前記シーケンサは、前記第２モードにおいて、前記回転数検出情報が示す前記三相モータの実際の回転数と、前記回転数予測情報が示す回転数との誤差が許容量を超えると、所定のシーケンスを実行することを特徴とする請求項２に記載のモータ駆動回路。
13. １つの半導体基板に一体集積化され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モータ駆動回路。
14. 三相モータと、
    前記三相モータを駆動する請求項１から１２のいずれかに記載のモータ駆動回路と、
    前記三相モータが取り付けられる紙送り機構と、
    を備えることを特徴とするプリンタ装置。
15. 三相モータの駆動方法であって、
    起動開始後、前記三相モータの回転数が最終的な目標値に到達するより前の第１期間の間、前記三相モータを矩形波通電で駆動するステップと、
    前記第１期間に続く第２期間の間、前記三相モータの回転数の予測値を示す回転数予測情報を生成するステップと、
    前記第２期間の間、前記回転数予測情報に応じて前記三相モータを正弦波通電で駆動するステップと、
    を備えることを特徴とする駆動方法。
16. 前記第２期間に続く第３期間において、前記三相モータの実際の回転数を示す回転数検出情報を生成するステップと、
    前記第３期間において、前記回転数検出情報に応じて前記三相モータを、正弦波通電で駆動するステップと、
    をさらに備え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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