JP6698403B2 - モータの駆動回路、プリンタ装置 - Google Patents

Description

本発明は、ブラシレスモータの制御技術に関する。

ブラシレスモータがさまざまな用途で使用される。図１は、ブラシレスモータ（単にモータという）の駆動システムの制御ブロック図である。駆動システム６００は、モータ６０２およびそれを駆動する駆動回路６０４を備える。

駆動回路６０４は、速度検出器６０６、誤差検出器６０８、速度コントローラ６１０、駆動電圧コントローラ６１２を含む。速度検出器６０６は、モータ６０２の回転数の検出値ω_ＦＢを生成する。誤差検出器６０８は、回転数の検出値ω_ＦＢとその目標値ω_ＲＥＦの誤差（偏差）にもとづく誤差信号δωを生成する。速度コントローラ６１０は、誤差信号δωに応じた指令値Ｖ_ＣＴＲＬを生成する。駆動電圧コントローラ６１２は、指令値Ｖ_ＣＴＲＬに応じた駆動電圧Ｖｍをモータ６０２に印加する。制御システム６００においては、回転数の検出値ω_ＦＢが目標値ω_ＲＥＦに近づくように、駆動電圧Ｖｍがフィードバック制御され、外乱の影響が除去される。

特開２００１−１８６７９０号公報

本発明者は、図１の制御システム６００の起動シーケンスについて検討した結果、以下の課題を認識するに至った。図２は、図１の制御システム６００において、モータ６０２を停止状態ω＝０から目標回転数ω_ＲＥＦに向けて起動するときの動作波形図である。回転数ωは、目標値ω_ＲＥＦに向かって緩やかに収束していく。

モータのトルクに寄与するコイル電流Ｉｍは、以下の式で与えられる。
Ｉｍ＝（Ｖｍ−Ｋ_ｅω）／（ｓＬ＋Ｒａ）
Ｌはコイルのインダクタンスであり、Ｒａはモータの内部抵抗である。Ｋ_ｅωは、逆起電力を表し、回転数ωに比例する。

図２に示す加速過程においては、回転数ωはゼロから目標値ω_ＲＥＦに向かって増加していくため、モータの起動直後と、その後では、Ｋ_ｅωの項が大きく変化する。つまり安定ループゲインは、回転数ωに応じて変化する。一方、図１の制御システム６００では、ループゲインは一定であり、これにより図２に示すように、駆動電圧Ｖｍが振動する。駆動電圧Ｖｍの振動が可聴周波数で発生すると、騒音（音響的なノイズ）が発生する。

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、起動時の騒音を抑制あるいは低減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、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、モータの回転数の検出値が目標値に近づくようにフィードバック制御により制御指令値を調節するフィードバックコントローラと、モータをオープンループで制御したときに、定常状態においてモータの回転数を目標値に安定しうる一定の起動指令値を生成するオープンループコントローラと、（ii）第１モードにおいて制御指令値に応じた駆動電圧をモータに印加するとともに、（ii）第２モードにおいて起動指令値に応じた駆動電圧をモータに印加する駆動電圧コントローラと、を備える。駆動電圧コントローラは、モータの停止状態からモータを起動する際に、第２モードにセットされる。

第２モードの期間、駆動電圧は起動指令に応じた実質的に一定値に保たれる。よって駆動電圧にはフィードバックによる振動が生じないため、起動時の騒音を抑制あるいは低減できる。

オープンループコントローラは、モータの回転数ωの応答波形が、
ω＝Ｖｍ／Ｋｔ×｛１−ｅ^{（−ｔ／τ）}｝
で表されるとき、
Ｖｍ＝Ｋｔ×ω_ＲＥＦ
を満たす駆動電圧Ｖｍが得られるように、起動指令値を生成してもよい。ただしＫｔはモータに固有のパラメータである。
モータは一次遅れの系として表され、駆動電圧を一定に保ったとき、モータの回転数は、一次遅れ系のステップ応答にしたがって増加していく。この態様によれば、回転数ωを、目標値ω_ＲＥＦに向かって緩やかに上昇させることができる。

駆動電圧コントローラは、モータの回転数の目標値が、第１値から第２値に変更されたとき、第２モードにセットされてもよい。停止からの起動のみでなく、回転数の変更時においても、騒音を低減あるいは抑制できる。

駆動電圧コントローラは、モータを起動開始後、所定時間の経過後に第１モードにセットされてもよい。駆動電圧コントローラは、モータを起動開始後、回転数の検出値と目標値の誤差が許容値より小さくなると、第１モードにセットされてもよい。

モータは、三相モータであってもよい。駆動電圧コントローラは、１２０度通電方式と１８０度通電方式が切り替え可能であり、モータの起動開始後、第１期間において第２モードにセットされ、１２０度通電方式でモータを駆動し、それに続く第２期間において第２モードにセットされ、１８０度通電方式でモータを駆動し、第２期間につづく第３期間において、第１モードにセットされ、１８０度通電方式でモータを駆動し、オープンループコントローラは、第１期間の間、起動指令値を、モータをオープンループで制御したときに、定常状態においてモータの回転数を目標値より低いサブ目標値に安定しうる値にセットし、第２期間の間、起動指令値を、モータをオープンループで制御したときに、定常状態においてモータの回転数を目標値に安定しうる値にセットしてもよい。

第１期間は、起動開始から所定時間の経過するまでの期間であってもよい。第１期間は、起動開始から、回転数の検出値が所定値に達するまでの期間であってもよい。

フィードバックコントローラは、回転数の検出値と目標値の誤差に応じた誤差信号を生成する誤差検出器と、誤差信号に応じた制御指令値を生成する速度コントローラと、を備えてもよい。

駆動電圧コントローラは、モータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動し、制御指令値および起動指令値は、ＰＷＭ駆動のデューティ指令値であってもよい。

誤差検出器は、モータの回転数に応じた周波数を有する内部クロック信号と、目標値に応じた周波数を有する入力クロックを受け、誤差信号として、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を含んでもよい。速度コントローラは、加速信号および減速信号を積分する積分アンプを含んでもよい。

モータは、ＦＧ着磁されてもよい。モータから得られるＦＧ信号を周波数逓倍することにより、内部クロックが生成されてもよい。

駆動電圧コントローラは、制御指令値または起動指令値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、パルス幅変調信号に応じてモータに駆動電圧を印加するインバータと、を含んでもよい。

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。

本発明のある態様によれば、起動時の騒音を抑制あるいは低減できる。

三相ブラシレスモータの駆動システムの制御ブロック図である。 図１の制御システムにおいて、モータを停止状態ω＝０から目標回転数ωＲＥＦに向けて起動するときの動作波形図である。 実施の形態に係る駆動回路を備える制御システムのブロック図である。 図３の駆動回路の動作波形図である。 図３の駆動回路の別の動作波形図である。 三相モータを駆動す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。 １２０度通電方式と１８０度通電方式を切りかえてモータを駆動する駆動回路の回路図である。 １８０度通電方式を示す波形図である。 図６あるいは図８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３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のブロック図である。制御システム２００は、モータ２０２および駆動回路１００を備える。

駆動回路１００は、モータ２０２の回転数の目標値ω_ＲＥＦを受け、モータ２０２の回転数を目標値ω_ＲＥＦに安定化する。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）であってもよい。駆動回路１００は、フィードバックコントローラ１０２、オープンループコントローラ１０４、駆動電圧コントローラ１１２を備える。

フィードバックコントローラ１０２は、モータ２０２の回転数ωの検出値ω_ＦＢが目標値ω_ＲＥＦに近づくようにフィードバック制御により制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬを調節する。たとえばフィードバックコントローラ１０２は、速度検出器１０６、誤差検出器１０８、速度コントローラ１１０を含む。速度検出器１０６は、モータ２０２の回転数をモニタし、その検出値ω_ＦＢを生成する。

速度検出器１０６は、ＦＧ着磁されたモータからのＦＧ信号をモニタしてもよいし、ホール素子からのホール信号をモニタしてもよいし、ロータリーエンコーダからの信号をモニタしてもよい。速度検出器１０６の一部あるいは全部は、駆動回路１００のＩＣの外部に設けられてもよい。誤差検出器１０８は、回転数の検出値ω_ＦＢと目標値ω_ＲＥＦの誤差に応じた誤差信号δωを生成する。速度コントローラ１１０は、誤差信号δωに応じた制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬを生成する。

オープンループコントローラ１０４は、モータ２０２をオープンループで制御したときに、定常状態においてモータ２０２の回転数を目標値ω_ＲＥＦに安定しうる一定の起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を生成する。

駆動電圧コントローラ１１２は、（ii）第１モードφ１において制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬに応じた駆動電圧Ｖｍをモータ２０２に印加するとともに、（ii）第２モードφ２において起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}に応じた駆動電圧Ｖｍをモータ２０２に印加する。

駆動電圧コントローラ１１２は、モータ２０２の停止状態からモータ２０２を起動する際に、第２モードφ２にセットされ、オープンループでモータ２０２の回転数を上昇させる。そしてモータ２０２の回転数をある程度上昇させた後に、駆動電圧コントローラ１１２は第１モードφ１にセットされ、フィードバック制御によりモータ２０２の回転数を目標値ω_ＲＥＦに近づける。

なお、駆動電圧コントローラ１１２が第２モードφ２にセットされる間も、フィードバックコントローラ１０２を動作させておき、制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬを生成しておくことが望ましい。

モータ２０２が一次遅れシステムとして表されるとき、一定の駆動電圧Ｖｍを与えたときのモータ２０２の回転数ωは、ステップ応答に対応する以下の式（１）にしたがって上昇する。
ω＝Ｖｍ／Ｋｔ×｛１−ｅ^{（−ｔ／τ）}｝ …（１）
Ｋｔは、モータ２０２および駆動方式に固有のパラメータである。

オープンループコントローラ１０４は、式（２）を満たす駆動電圧Ｖｍが得られるように、起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を生成してもよい。
Ｖｍ＝Ｋｔ×ω_ＲＥＦ …（２）

駆動電圧コントローラ１１２が生成する駆動電圧Ｖｍと、制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬ（あるいは起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}）の間に、以下の関係式（３）が成り立つとする。
Ｖｍ＝α×Ｖ_{ＳＴＡＲＴ} …（３）
αは比例定数である。この場合、オープンループコントローラ１０４は、式（４）にもとづいて起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を生成すればよい。
Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}＝Ｖｍ／α＝Ｋｔ×ω_ＲＥＦ／α …（４）

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４は、図３の駆動回路１００の動作波形図である。時刻ｔ０より前にモータ２０２は停止しており回転数ωはゼロである。時刻ｔ０に、目標回転数ω_ＲＥＦが非ゼロのある値にセットされる。オープンループコントローラ１０４は、目標回転数ω_ＲＥＦに応じた起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を生成する。駆動電圧コントローラ１１２は、時刻ｔ０から第１期間Ｔ_１の間、第２モードφ２にセットされ、オープンループでモータ２０２を駆動する。第１期間Ｔ_１において、モータ２０２の回転数は、式（１）にしたがって上昇する。

モータの回転数が安定すると、時刻ｔ２に駆動電圧コントローラ１１２は、第１モードにセットされる。時刻ｔ２以降の第２期間Ｔ_２において、駆動電圧コントローラ１１２は制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬにもとづいて、モータ２０２の回転数を安定化する。

第１期間Ｔ_１の間、フィードバックコントローラ１０２は動作しており、回転数の検出値ω_ＦＢと目標値ω_ＲＥＦの誤差に応じた制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬが生成されている。したがって時刻ｔ１において、起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}から制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬは近い値をとることとなり、第２モードφ２から第１モードφ１へとシームレスに移行することができ、回転数ωがリンギングするのを防止できる。

なお駆動電圧コントローラ１１２は、モータ２０２を起動開始後、所定時間τの経過後に第１モードφ１にセットされてもよいし、モータ２０２を起動開始後、回転数の検出値ω_ＦＢと目標値ω_ＲＥＦの誤差が許容値より小さくなると、第１モードφ１にセットされてもよい。

以上が駆動回路１００の動作である。このように実施の形態に係る駆動回路１００によれば、モータ２０２を加速する第１期間Ｔ_１において、駆動電圧Ｖｍは起動指令Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}に応じた実質的に一定値に保たれる。よって駆動電圧Ｖｍにはフィードバックによる振動が生じないため、起動時の騒音を抑制あるいは低減できる。

続いて、起動シーケンスの変形例を説明する。

図４では、停止状態のモータを回転させる場合を説明したが、目標回転数ω_ＲＥＦを変更する際にも、第２モードφ２を利用することができる。すなわち駆動電圧コントローラ１１２は、モータ２０２の回転数の目標値ω_ＲＥＦが、第１値ω_ＲＥＦ１から第２値ω_ＲＥＦ２に変更されたとき、第２モードφ２にセットされる。オープンループコントローラ１０４は、変更後の第２値ω_ＲＥＦ２にもとづいて、式（４）の起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を生成する。これにより、速度を変更する際にも、騒音を抑制、低減することができる。上述した図４の起動時のシーケンスは、ω_ＲＥＦ１＝０とした場合と把握することができる。

図５は、図３の駆動回路１００の別の動作波形図である。ここでは、モータ２０２は、三相モータ２０２であり、駆動電圧コントローラ１１２は、矩形波通電（１２０度通電）方式と正弦波通電（１８０度通電）方式が切り替え可能となっている。

時刻ｔ０より前にモータ２０２は停止しており回転数ωはゼロである。時刻ｔ０に、目標回転数ω_ＲＥＦが非ゼロのある値（最終目標値ω_ＲＥＦという）にセットされる。モータ２０２の起動開始後、第１期間Ｔ_１において駆動電圧コントローラ１１２は第２モードφ２にセットされ、１２０度通電方式でモータ２０２を駆動する。それに続く第２期間Ｔ_２においても引き続き第２モードφ２にセットされ、１８０度通電方式でモータ２０２を駆動する。第２期間Ｔ_２につづく第３期間Ｔ_３において、駆動電圧コントローラ１１２は第１モードφ１にセットされ、１８０度通電方式でモータ２０２を駆動する。

オープンループコントローラ１０４は、第１期間Ｔ_１の間、起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を、モータ２０２をオープンループで制御したときに、定常状態においてモータ２０２の回転数を最終目標値ω_ＲＥＦより低いサブ目標値ω_ＳＵＢに安定しうる値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ１}にセットする。
Ｖ_{ＳＴＡＲＴ１}＝Ｖｍ／α＝Ｋｔ_{（１２０°）}×ω_ＳＵＢ／α
Ｋｔ_{（１２０°）}は１２０度通電に対応するパラメータである。

またオープンループコントローラ１０４は、第２期間Ｔ_２の間、起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を、モータ２０２をオープンループで制御したときに、定常状態においてモータ２０２の回転数を最終目標値ω_ＲＥＦに安定しうる値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ２}にセットする。
Ｖ_{ＳＴＡＲＴ２}＝Ｖｍ／α＝Ｋｔ_{（１８０°）}×ω_ＲＥＦ／α

第１期間Ｔ_１は、起動開始から所定時間τの経過するまでの期間であってもよいし、起動開始から、回転数の検出値ω_ＦＢが所定値ω_ＴＨに達するまでの期間であってもよい。所定時間τあるいは所定値ω_ＴＨは、１２０度通電の波形と１８０度通電の波形との交点Ｐから求めることができる。

以上の起動シーケンスによれば、１２０度通電方式と１８０度通電方式を切り替え可能な駆動回路１００においても、騒音を低減することができる。

本発明は、図３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、三相モータを駆動する駆動回路１００ａを備える制御システム２００ａの回路図である。制御システム２００ａは、駆動回路１００ａ、ブラシレス三相モータ（単にモータという）２０２に加えて、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１００ａは、外部から、モータ２０２の目標回転数ω_ＲＥＦに応じた周波数を有する入力クロックＣＬＫＲＥＦを受け、モータ２０２の回転数を、目標回転数ω_ＲＥＦに安定化する。

駆動電圧コントローラ１１２は、パルス幅変調器１４、ロジック回路１６、駆動段２０を備える。駆動段２０は、ロジック回路１６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、駆動電圧コントローラ１１２のロジック回路１６に供給される。

駆動電圧コントローラ１１２は、１２０度通電方式によりモータ２０２を駆動する。ロジック回路１６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）。

駆動電圧コントローラ１１２は、モータ２０２をＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動する。フィードバックコントローラ１０２からの制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬおよびオープンループコントローラ１０４からの起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}は、ＰＷＭ駆動のデューティ指令値である。

パルス幅変調器１４は、第１モードφ１において制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬに、第２モードφ２において起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}に応じたデューティ比を有するＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭを生成する。ロジック回路１６は、インバータ２２を構成するトランジスタがＰＷＭ信号Ｓ_ＰＷＭに応じてスイッチングするように、制御信号Ｓ２を生成する。

フィードバックコントローラ１０２は、速度検出器１０６、誤差検出器１０８、速度コントローラ１１０を含む。誤差検出器１０８は、速度ディスクリミネータ７６を含む。速度ディスクリミネータ７６は、モータ２０２の実際の回転数に応じた周波数を有する内部クロック信号ＣＬＫＩＮＴと、目標値ω_ＲＥＦに応じた周波数を有する入力クロックＣＬＫＲＥＦを受け、誤差信号δωとして、それらの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。

本実施の形態においてモータ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。速度検出器１０６は、モータ２０２から得られるＦＧ信号を周波数逓倍（たとえば１０２４倍）することにより、内部クロックＣＬＫＩＮＴを生成する。速度検出器１０６は、ＦＧ信号を増幅するＦＧアンプと、ＦＧアンプの出力を周波数逓倍するＰＬＬ回路とを含んでもよい。この場合、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し、したがって回転数の検出値ω_ＦＢとなる。

速度コントローラ１１０は、加速信号ＡＣＣおよび減速信号ＤＥＣを積分する積分アンプ１１０を含む。速度コントローラ１１０の出力は制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬであり、その値はデューティ比の指令値となる。

オープンループコントローラ１０４は、入力クロックＣＬＫＲＥＦを受け、その周波数に応じた起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を生成する。たとえばオープンループコントローラ１０４は、入力クロックＣＬＫＲＥＦの周波数を測定する周波数カウンタと、周波数カウンタのカウント値をアナログ電圧（起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}）に変換するＡ／Ｄコンバータと、を含んでもよい。周波数カウンタのカウント速度や、Ａ／Ｄコンバータの基準電圧を最適化することで、式（４）を満たす起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を生成することができる。なおオープンループコントローラ１０４の構成は特に限定されない。

シーケンサ３０は、駆動電圧コントローラ１１２のモードを制御するためのモード設定信号Ｓ７を生成する。シーケンサ３０は、アナログタイマ、デジタルタイマ、ステートマシンなどの組み合わせで構成することができるが、その構成は特に限定されない。

図７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。

以上が駆動回路１００ａの構成である。この駆動回路１００ａによれば、三相モータ２０２を、低騒音で起動することができる。

図８は、１２０度通電方式と１８０度通電方式を切りかえてモータ２０２を駆動する駆動回路１００ｂの回路図である。なお図８において、図６と共通の回路ブロックは省略可している。フィードバックコントローラ１０２ｂは、波形データ生成部１２、セレクタ１３、パルス幅変調器１４および回転数検出回路５０を備える。

１８０度通電方式では、駆動電圧Ｓ３_Ｕ〜Ｓ３_Ｗを、正弦波に応じて変化させる。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８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。波形データＳＩＮＵ〜ＳＩＮＷの形状は特に限定されず、公知の技術を用いればよい。

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には回転数検出回路５０からの回転数検出情報Ｓ６が入力される。回転数検出情報Ｓ６は、モータ２０２のロータが、所定の電気角（たとえば６０度）回転するのに要する時間を示すデータであってもよい。回転数検出回路５０は、矩形信号Ｓ５_Ｕ〜Ｓ５_Ｗにもとづいて、回転数検出情報Ｓ６を生成してもよい。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、回転数検出情報Ｓ６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。

セレクタ１３は、速度コントローラ１１０からの制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬと、オープンループコントローラ１０４からの起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}を受け、モード設定信号Ｓ７に応じた一方を選択する。セレクタ１３の出力信号は、Ｄ／Ａコンバータ６６の基準電圧として与えられる。したがってＤ／Ａコンバータ６６の出力電圧Ｖ_ＳＩＮＵは、波形データＳＩＮＵに応じた波形を有し、かつその振幅が、制御指令値Ｖ_ＣＴＲＬもしくは起動指令値Ｖ_{ＳＴＡＲＴ}
に応じて変化する。

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。

図９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。

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を示す回転数検出情報Ｓ６が必要となり、これは回転数検出回路５０により生成されている。回転数検出回路５０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、波形データ生成部１２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。

続いて駆動回路１００の用途を説明する。図１０は、図６あるいは図８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）
図６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２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３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４変形例）
モータ２０２は単相モータであってもよい。また実施の形態では、図６を参照して、モータ２０２をＰＭＷ駆動する駆動回路１００ａを説明したが、本発明はそれに限定されず、モータ２０２をリニア駆動してもよい。

（第５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、正弦波通電方式として、１５０度通電方式を採用してもよい。

（第６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、１０２…フィードバックコントローラ、１０４…オープンループコントローラ、１０６…速度検出器、１０８…誤差検出器、１１０…速度コントローラ、１１２…駆動電圧コントローラ、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、１３…セレクタ、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、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、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、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 (14)

1. モータを駆動するモータ駆動回路であって、
   前記モータの回転数の検出値が目標値に近づくようにフィードバック制御により制御指令値を調節するフィードバックコントローラと、
   前記モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記目標値に安定しうる一定の起動指令値を生成するオープンループコントローラと、
   （ii）第１モードにおいて前記制御指令値に応じた駆動電圧を前記モータに印加するとともに、（ii）第２モードにおいて前記起動指令値に応じた駆動電圧を前記モータに印加する駆動電圧コントローラと、
   を備え、
   前記駆動電圧コントローラは、（i）前記モータの停止状態から前記モータを起動するとき、および（ii）前記モータの回転数の目標値が、第１値から第２値に変更されたときに、前記第２モードにセットされることを特徴とするモータ駆動回路。
2. 前記オープンループコントローラは、固有のパラメータＫｔを用いて、前記モータの回転数ωの応答波形が、
   ω＝Ｖｍ／Ｋｔ×｛１−ｅ^{（−ｔ／τ）}｝
   で表されるとき、
   Ｖｍ＝Ｋｔ×ω_ＲＥＦ
   を満たす駆動電圧Ｖｍが得られるように、前記起動指令値を生成す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. 前記駆動電圧コントローラは、前記モータを起動開始後、所定時間の経過後に前記第１モードにセットされることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動回路。
4. 前記駆動電圧コントローラは、前記モータを起動開始後、前記回転数の検出値と前記目標値の誤差が許容値より小さくなると、前記第１モードにセットされることを特徴とする請求項１または２に記載のモータ駆動回路。
5. 前記モータは、三相モータであり、
   前記駆動電圧コントローラは、１２０度通電方式と１８０度通電方式または１５０度通電方式が切り替え可能であり、前記モータの起動開始後、第１期間において前記第２モードにセットされ、１２０度通電方式で前記モータを駆動し、それに続く第２期間において前記第２モードにセットされ、１８０度通電方式または１５０度通電方式で前記モータを駆動し、前記第２期間につづく第３期間において、前記第１モードにセットされ、１８０度通電方式または１５０度通電方式で前記モータを駆動し、
   前記オープンループコントローラは、
   前記第１期間の間、前記起動指令値を、前記モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記目標値より低いサブ目標値に安定しうる値にセットし、
   前記第２期間の間、前記起動指令値を、前記モータをオープンループで制御したときに、定常状態において前記モータの回転数を前記目標値に安定しうる値にセットすることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載のモータ駆動回路。
6. 前記第１期間は、起動開始から所定時間の経過するまでの期間であることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動回路。
7. 前記第１期間は、起動開始から、前記回転数の検出値が所定値に達するまでの期間であることを特徴とする請求項５に記載のモータ駆動回路。
8. 前記フィードバックコントローラは、
   前記回転数の検出値と前記目標値の誤差に応じた誤差信号を生成する誤差検出器と、
   前記誤差信号に応じた前記制御指令値を生成する速度コントローラと、
   を備え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モータ駆動回路。
9. 前記駆動電圧コントローラは、前記モータをＰＷＭ（Pulse Width Modulation）駆動し、
   前記制御指令値および前記起動指令値は、ＰＷＭ駆動のデューティ指令値であ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。
10. 前記誤差検出器は、前記モータの回転数に応じた周波数を有する内部クロック信号と、前記目標値に応じた周波数を有する入力クロックを受け、前記誤差信号として、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を含み、
    前記速度コントローラは、前記加速信号および減速信号を積分する積分アンプを含むことを特徴とする請求項８に記載のモータ駆動回路。
11. 前記モータは、ＦＧ着磁されており、前記モータから得られるＦＧ信号を周波数逓倍することにより、前記内部クロック信号が生成されることを特徴とする請求項１０に記載のモータ駆動回路。
12. 前記駆動電圧コントローラは、
    前記制御指令値または前記起動指令値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、
    前記パルス幅変調信号に応じて前記モータに駆動電圧を印加するインバータと、
    を含む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。
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１２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１３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。

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