特許 7591389 ファンモータの駆動回路ならびにそれを用いた冷却装置および電子機器

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-11-20

(45)【発行日】2024-11-28

(54)【発明の名称】ファンモータの駆動回路ならびにそれを用いた冷却装置および電子機器

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/20 20160101AFI20241121BHJP

   H02P 6/15 20160101ALI20241121BHJP

   H02P 6/16 20160101ALI20241121BHJP

【ＦＩ】

H02P6/20

H02P6/15

H02P6/16

【請求項の数】 19

(21)【出願番号】P 2020200587

(22)【出願日】2020-12-02

(65)【公開番号】P2022088253

(43)【公開日】2022-06-14

【審査請求日】2023-11-17

(73)【特許権者】

【識別番号】000116024

【氏名又は名称】ローム株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100133215

【弁理士】

【氏名又は名称】真家 大樹

(72)【発明者】

【氏名】小野 光穂

(72)【発明者】

【氏名】櫻井 翼

【審査官】保田 亨介

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－０８２７５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０３５８５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１１－１２０４２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｐ６／００－６／３４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

センサ付きファンモータの駆動回路であって、
前記ファンモータのロータの位置を示すホール信号にもとづいて、前記ファンモータと接続されるブリッジ回路を制御するコントロールロジック回路を備え、
前記コントロールロジック回路は、
前記ブリッジ回路の出力をハイインピーダンス状態とする第１状態と、
前記ブリッジ回路の各相の出力を、所定の状態に固定する第２状態と、
前記ブリッジ回路の各相の出力の状態を、所定時間ごとに所定の順序で切りかえる第３状態と、
前記ブリッジ回路の各相の出力の状態を、前記ホール信号と同期して所定の順序で切りかえる第４状態と、
前記ブリッジ回路の出力をハイインピーダンス状態とする第５状態と、
が切りかえ可能であり、
前記コントロールロジック回路は、
前記駆動回路に回転開始の指示が与えられたときに、（ａ）前記ファンモータが実質的に停止している場合、前記第１状態、前記第２状態、前記第３状態、前記第４状態の順で遷移し、（ｂ）前記ファンモータが所定回転数より低い速度で回転している場合、前記第１状態、前記第５状態、前記第２状態、前記第３状態、前記第４状態の順で遷移し、（ｃ）前記ファンモータが前記所定回転数より高い速度で回転している場合、前記第１状態、前記第５状態、前記第４状態の順で遷移し、
前記コントロールロジック回路は、（i-1）前記第１状態において、前記ファンモータの回転数が所定の第１しきい値より低いとき、前記第２状態に遷移し、（i-2）前記ファンモータの回転数が前記第１しきい値より高いとき、前記第５状態に遷移することを特徴とする駆動回路。

【請求項2】

前記コントロールロジック回路は、（ii-1）前記第５状態において、前記ファンモータの回転数が、前記第１しきい値より高く定められた第２しきい値より高い場合に、前記第４状態に遷移し、（ii-2）そうでない場合に、前記第２状態に遷移することを特徴とする請求項１に記載の駆動回路。

【請求項3】

前記コントロールロジック回路は、（iii-1）前記第２状態において、前記ファンモータの前記ロータが所定の初期位置で静止した場合に、前記第３状態に遷移することを特徴とする請求項１または２に記載の駆動回路。

【請求項4】

前記コントロールロジック回路は、（iv-1）前記第３状態において、前記ファンモータの始動に成功した場合に、前記第４状態に遷移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駆動回路。

【請求項5】

前記コントロールロジック回路は、前記第１状態から前記第５状態に加えて、前記ブリッジ回路の各相の出力を同一レベルに固定する第６状態を切りかえ可能であり、
前記コントロールロジック回路は、(iii-2)前記第２状態おいて、前記ファンモータの前記ロータが前記初期位置で静止しない場合に、前記第６状態に遷移することを特徴とする請求項３に記載の駆動回路。

【請求項6】

前記コントロールロジック回路は、（iv-2）前記第３状態において、前記ファンモータの始動に失敗した場合に、前記第６状態に遷移することを特徴とする請求項５に記載の駆動回路。

【請求項7】

前記第２しきい値は、外部から設定可能に構成されることを特徴とする請求項２に記載の駆動回路。

【請求項8】

前記第２しきい値を指示する設定信号を受ける設定ピンをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の駆動回路。

【請求項9】

前記コントロールロジック回路は、（i-1）前記第１状態において、所定の第１時間以内に、前記ホール信号の変化を検出しない場合、前記第２状態に遷移し、（i-2）前記第１時間以内に、前記ホール信号の変化を検出した場合、前記第５状態に遷移す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駆動回路。

【請求項10】

前記コントロールロジック回路は、（ii-1）前記第５状態において、前記ホール信号の周期が、所定の第２時間より短い場合に、前記第４状態に遷移し、（ii-2）そうでない場合に、前記第２状態に遷移することを特徴とする請求項９に記載の駆動回路。

【請求項11】

前記コントロールロジック回路は、（iii-1）前記第２状態において、前記ホール信号が、期待状態を第３時間、維持した場合、前記第３状態に遷移す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回路。

【請求項12】

前記コントロールロジック回路は、（iv-1）前記第３状態において、前記ホール信号が所定条件を満たした場合、前記第４状態に遷移す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回路。

【請求項13】

前記所定条件は、前記ブリッジ回路の出力の状態が所定回数、切り替わったことである第１条件を含むことを特徴とする請求項１２に記載の駆動回路。

【請求項14】

前記ファンモータの逆起電力にもとづく逆起電力検出信号を生成する逆起電力検出回路をさらに備え、
前記所定条件は、前記ホール信号と前記逆起電力検出信号の位相差が、所定値以下となったことである第２条件を含むことを特徴とする請求項１３に記載の駆動回路。

【請求項15】

前記コントロールロジック回路は、前記第１状態から前記第５状態に加えて、前記ブリッジ回路の各相の出力を同一レベルに固定する第６状態を切りかえ可能であり、（iii-2）前記第２状態において、前記ホール信号が、非期待状態を第４時間、維持した場合、または前記ホール信号が所定回数、切り替わった場合、前記第６状態に遷移することを特徴とする請求項９から１４のいずれかに記載の駆動回路。

【請求項16】

前記ブリッジ回路をさらに備えることを特徴とする請求項１から１５のいずれかに記載の駆動回路。

【請求項17】

ひと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１６のいずれかに記載の駆動回路。

【請求項18】

センサ付きのファンモータと、
前記ファンモータを駆動する請求項１から１７のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする冷却装置。

【請求項19】

プロセッサと、
前記プロセッサを冷却するファンモータと、
前記ファンモータを駆動する請求項１から１７のいずれかに記載の駆動回路と、
を備えることを特徴とする電子機器。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、ファンモータ駆動技術に関する。

【背景技術】

【0002】

ラップトップコンピュータやデスクトップコンピュータ、ワークステーションなどの情報処理装置、ゲーム機器などのエンタテイメント機器、プロジェクタや監視カメラ、電子レンジや冷蔵庫などの家電製品、自動車などに、温度コントロールのためのファンモータが搭載される。ファンモータは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などの熱源に直接、風を吹き付けるために利用され、あるいは筐体の外部から内部へとフレッシュな空気を吸気し、あるいは暖まった空気を排気するために利用される。

【0003】

ファンモータはブラシレスモータが主流である。ファンモータは、大きく、ホール素子などのセンサを有するセンサ付きモータと、センサを有しないセンサレスモータに分けられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１５－３５８５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明者らは、ファンモータの起動について検討した結果、以下の課題を認識するに至った。ファンモータは、その起動開始時に停止しているとは限らず、空転していたり、逆転している可能性もある。そこでファンモータの起動に際しては、モータの状態を判定し、判定した状態に応じた起動シーケンスで起動させる必要がある。このため、従来のファンモータは、起動に長い時間を要する場合があった。

【0006】

本開示は係る課題に鑑みてなされたものであり、そのある態様の目的のひとつは、起動時間を短縮したファンモータの駆動回路の提供にある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示では、ファンモータの駆動回路あるいは駆動方法が提供される。ファンモータのロータの位置を示すホール信号が生成される。そして、回転開始の指示が発生したときに、（ａ）ファンモータが実質的に停止している場合、ファンモータと接続されるブリッジ回路の出力をハイインピーダンス状態とする第１状態と、ブリッジ回路の各相の出力を、所定の状態に固定する第２状態と、ブリッジ回路の各相の出力の状態を、所定時間ごとに所定の順序で切りかえる第３状態と、ブリッジ回路の各相の出力の状態を、ホール信号と同期して所定の順序で切りかえる第４状態と、を順に遷移して、ファンモータを起動する。また、（ｂ）ファンモータが所定回転数より低い速度で回転している場合、第１状態、ブリッジ回路の出力をハイインピーダンス状態とする第５状態、第２状態、第３状態、第４状態の順で遷移してファンモータを起動する。また（ｃ）ファンモータが所定回転数より高い速度で回転しているとき、第１状態、第５状態、第４状態の順で遷移して、ファンモータを起動する。

【0008】

本開示において、センサ付きファンモータとは、センサがファンモータに取り付けられ、埋め込まれている場合の他、ファンモータの近傍に配置されるものや、センサが駆動回路に内蔵されるものも含みうる。

【0009】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや本開示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。

【発明の効果】

【0010】

本開示のある態様によれば、ファンモータの起動時間を短縮できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】実施の形態に係るファンモータの駆動回路の回路図である。

【図2】図２（ａ）～（ｃ）は、インバータ回路の状態を示す図である。

【図3】１２０°通電方式における第４状態で生成される制御信号を示す図である。

【図4】１８０°通電方式における第４状態で生成される制御信号を示す図である。

【図5】コントロールロジック回路の状態遷移図である。

【図6】起動開始時に、ファンモータの回転が停止していたときのタイムチャートである。

【図7】起動開始時に、ファンモータが回転数より遅い速度で空転していたときのタイムチャートである。

【図8】起動開始時に、ファンモータが回転数より速い速度で空転していたときのタイムチャートである。

【図9】変形例１に係る駆動回路の回路図である。

【図10】変形例２に係る駆動回路の回路図である。

【図11】冷却装置を備えるコンピュータの斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0012】

（実施形態の概要）
本開示のいくつかの例示的な実施形態の概要を説明する。この概要は、後述する詳細な説明の前置きとして、実施形態の基本的な理解を目的として、１つまたは複数の実施形態のいくつかの概念を簡略化して説明するものであり、発明あるいは開示の広さを限定するものではない。またこの概要は、考えられるすべての実施形態の包括的な概要ではなく、実施形態の欠くべからざる構成要素を限定するものではない。便宜上、「一実施形態」は、本明細書に開示するひとつの実施形態（実施例や変形例）または複数の実施形態（実施例や変形例）を指すものとして用いる場合がある。

【0013】

一実施形態に係る駆動回路は、センサ付きファンモータを駆動する。駆動回路は、ファンモータのロータの位置を示すホール信号にもとづいて、ファンモータと接続されるブリッジ回路を制御するコントロールロジック回路を備える。コントロールロジック回路は、ブリッジ回路の出力をハイインピーダンス状態とする第１状態と、ブリッジ回路の各相の出力を、所定の状態に固定する第２状態と、ブリッジ回路の各相の出力の状態を、所定時間ごとに所定の順序で切りかえる第３状態と、ブリッジ回路の各相の出力の状態を、ホール信号と同期して所定の順序で切りかえる第４状態と、ブリッジ回路の出力をハイインピーダンス状態とする第５状態と、が切りかえ可能であり、コントロールロジック回路は、駆動回路に回転開始の指示が与えられたときに、（ａ）ファンモータが実質的に停止している場合、第１状態、第２状態、第３状態、第４状態の順で遷移し、（ｂ）ファンモータが所定回転数より低い速度で回転している場合、第１状態、第５状態、第２状態、第３状態、第４状態の順で遷移し、（ｃ）ファンモータが所定回転数より高い速度で回転している場合、第１状態、第５状態、第４状態の順で遷移する。

【0014】

この構成によると、起動時にモータがゆっくりと順方向に空転しており、第１状態、第５状態と順に遷移した場合に、第２状態、第３状態を経て、ホール信号にもとづく通常の駆動期間である第４状態に移行する。これにより、ゆっくりと順方向に空転していた場合に、ファンモータを一旦、停止させた後に、第１状態に戻る制御に比べて、起動時間を短縮できる。

【0015】

コントロールロジック回路は、（i-1）第１状態において、所定の第１時間以内に、ホール信号の変化を検出しない場合、第２状態に遷移し、（i-2）第１時間以内にホール信号の変化を検出した場合、第５状態に遷移してもよい。

【0016】

コントロールロジック回路は、（ii-1）第５状態において、ホール信号の変化の時間間隔が、所定の第２時間より短い場合に、第４状態に遷移し、（ii-2）そうでない場合に、第２状態に遷移してもよい。

【0017】

コントロールロジック回路は、（iii-1）第２状態において、ホール信号が、期待状態を第３時間、維持した場合、第３状態に遷移してもよい。

【0018】

コントロールロジック回路は、（iv-1）第３状態において、ホール信号が所定条件を満たした場合、第４状態に遷移してもよい。

【0019】

所定条件は、ブリッジ回路の出力の状態が所定回数、切り替わったことである第１条件を含んでもよい。

【0020】

駆動回路は、ファンモータの逆起電力にもとづく逆起電力検出信号を生成する逆起電力検出回路をさらに備えてもよい。所定条件は、ホール信号と逆起電力検出信号の位相差が、所定値以下となったことである第２条件を含んでもよい。

【0021】

第２時間は、外部から設定可能に構成されてもよい。第２時間を最適化することにより、同じ駆動回路を、特性の異なるさまざまなファンモータに対応させることが可能となる。

【0022】

駆動回路は、第２時間を指示する設定電圧を受ける設定ピンをさらに備えてもよい。

【0023】

コントロールロジック回路は、第１状態から第５状態に加えて、ブリッジ回路の各相の出力を同一レベルに固定する第６状態を切りかえ可能であり、コントロールロジック回路は、(iii-2)第２状態おいて、ホール信号が、非期待状態を第４時間、維持した場合、またはホール信号が所定回数、切り替わった場合、第６状態に遷移してもよい。

【0024】

駆動回路は、ブリッジ回路をさらに備えてもよい。

【0025】

駆動回路は、ひと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。

【0026】

（実施形態）
以下、好適な実施の形態について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。

【0027】

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。

【0028】

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。

【0029】

図１は、実施の形態に係るファンモータの駆動回路２００の回路図である。駆動回路２００は、ファンモータ１０２を駆動する。ファンモータ１０２は、三相ブラシレスＤＣモータであり、１個のホール素子１０４が取り付けられた１ホールセンサ付きモータである。ホール素子１０４には、駆動回路２００あるいは別の電源回路によって生成されるホールバイアス電圧Ｖ_ＨＢが供給される。ホール素子１０４は、ファンモータ１０２のロータの位置を示す一対のホール電圧Ｖ_Ｈ＋，Ｖ_Ｈ－を出力する。

【0030】

駆動回路２００は、ファンモータ１０２のＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルと接続されるＵ相出力ＯＵＴＵ、Ｖ相出力ＯＵＴＶ、Ｗ相出力ＯＵＴＷを有する。また駆動回路２００は、ホール電圧Ｖ_Ｈ＋，Ｖ_Ｈ－を受けるホール入力端子ＨＩＮ＋，ＨＩＮ－を有する。各相の出力ＯＵＴ＃（＃＝Ｕ，Ｖ，Ｗ）は、ハイ（Ｈ）、ロー（Ｌ）またはハイインピーダンス状態（ＨｉＺ）を取り得る。ハイＨは、固定的なハイのみでなく、ＰＷＭ変調された状態も含みうる。

【0031】

駆動回路２００は、コントロールロジック回路２１０、プリドライバ２２０、インバータ回路２３０、ホールコンパレータ２４０、逆起電力検出回路２５０を備え、ひとつの半導体基板上に一体集積化される。「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。

【0032】

駆動回路２００の電源（ＶＤＤ）端子には、図示しない外部電源からの電源電圧Ｖ_ＤＤが供給される。

【0033】

ホールコンパレータ２４０は、ホール電圧Ｖ_Ｈ＋とＶ_Ｈ－を比較し、大小関係を示すホール信号Ｓ_ＨＡＬＬを生成する。ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは、ホール電圧Ｖ_Ｈ＋、Ｖ_Ｈ－が交差するたびに遷移する。

【0034】

逆起電力検出回路２５０は、Ｕ相出力、Ｖ相出力、Ｗ相出力に発生する電圧Ｖ_Ｕ～Ｖ_Ｗにもとづいて、逆起電力検出信号（ＢＥＭＦ信号）を生成する。たとえば、逆起電力検出回路２５０は、電圧Ｖ_Ｕ～Ｖ_Ｗの中点電圧Ｖ_ＣＯＭを、少なくともひとつの出力電圧（Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗ）と比較することにより、ＢＥＭＦ信号を生成してもよい。中点電圧Ｖ_ＣＯＭは３相電圧Ｖ_Ｕ，Ｖ_Ｖ，Ｖ_Ｗをスター結線された抵抗網により生成してもよい。なお、逆起電力を検出する際には、検出用の窓が開けられ、この窓の期間、インバータ回路２３０の出力がハイインピーダンスとされる。

【0035】

コントロールロジック回路２１０は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬとＢＥＭＦ信号にもとづいて、インバータ回路２３０の状態を制御する制御信号Ｓ_ＣＮＴを生成する。たとえばコントロールロジック回路２１０は、１２０°通電方式あるいは１８０°通電方式（もしくは１５０°通電方式）によって、制御信号Ｓ_ＣＮＴを生成することができる。コントロールロジック回路２１０は、ファンモータ１０２の目標回転数、あるいはファンモータ１０２による冷却対象の温度に応じて、ファンモータ１０２のＰＷＭ制御のデューティサイクルをスケーリングしてもよい。

【0036】

プリドライバ２２０は、コントロールロジック回路２１０が生成した制御信号Ｓ_ＣＮＴにもとづいて、インバータ回路２３０を駆動する。インバータ回路２３０は、三相インバータであり、Ｕ相レグ、Ｖ相レグ、Ｗ相レグを含む。Ｕ相レグは上アームＵＨ，下アームＵＬを含み、Ｖ相レグは上アームＶＨ，下アームＶＬを含み、Ｗ相レグは上アームＷＨ，下アームＷＬを含む。上アーム＃Ｈがオン、下アーム＃Ｌがオフのとき、出力ＯＵＴ＃はハイ、上アーム＃Ｈがオフ、下アーム＃Ｌがオンのとき、出力ＯＵＴ＃はロー、上アーム＃Ｈと下アーム＃Ｌが両方オフのとき、出力ＯＵＴ＃はハイインピーダンスとなる。

【0037】

コントロールロジック回路２１０は、第１状態φ１～第７状態φ７が切りかえ可能である。第１状態φ１～第７状態φ７は、ステートマシン２２２によって管理される。

【0038】

・第１状態φ１
第１状態φ１において、コントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷをハイインピーダンス状態（ＨｉＺ）とする。この第１状態φ１は、空転判定に利用される。

【0039】

・第２状態φ２
第２状態φ２においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷを、所定の状態に固定する。所定の状態は限定されないが、一例では、ＯＵＴＵ＝Ｈ，ＯＵＴＶ＝Ｌ，ＯＵＴＷ＝Ｈである。第２状態φ２は、位置が確定しないロータの位置を、所定の位置（初期位置と称する）で固定するために利用され、初期位置固定区間とも称する。

【0040】

・第３状態φ３
第３状態φ３においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷの状態を、所定時間ごとに、つまりホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化と無関係に、所定の順序で切りかえる。第３状態φ３を、強制同期起動区間とも称する。強制同期駆動区間において、三相出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷの遷移は、１２０°通電方式あるいは１８０°通電方式にしたがって変化させてもよい。

【0041】

・第４状態φ４
第４状態φ４においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷの状態を、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して、つまりロータの回転と同期して、所定の順序で切りかえる（転流制御）。第４状態φ４は、ファンモータ１０２を安定的に回転させる区間でありホール駆動区間とも称される。第４状態φ４では、三相出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷは、１２０°通電方式、あるいは１８０°通電方式で制御される。

【0042】

１２０°通電方式では、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して、駆動電流を供給するコイル（駆動相）を切り替えかえる（転流制御）。

【0043】

１８０°通電方式では、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬにもとづいて、駆動相を切り替えかえる（転流制御）。また１８０度通電方式では、ファンモータ１０２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ＳＩＮＵ～ＳＩＮＷにもとづいて、インバータ回路２３０をＰＷＭ制御する。

【0044】

・第５状態φ５
第５状態φ５において、コントロールロジック回路２１０は、第１状態φ１と同様に、インバータ回路２３０の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷをハイインピーダンス状態とする。

【0045】

・第６状態φ６
第６状態φ６においてコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷを同一レベル（たとえばすべてロー）に固定する。ファンモータに異物が挟まるなどして、モータがロックした場合に、コイルや半導体素子に過大な電流が流れるなどしてデバイスとしての信頼性を損ねるおそれがある。第６状態φ６は、こうした問題に対処するために、モータの停止時にモータコイルへの通電を停止するロック保護区間に対応する。

【0046】

・第７状態φ７
第７状態φ７においてコントロールロジック回路２１０は、第６状態φ６と同様に、インバータ回路２３０の各相の出力ＯＵＴＵ，ＯＵＴＶ，ＯＵＴＷを同一レベル（たとえばすべてロー）に固定する。第７状態φ７は、ファンモータの起動時に、空転しているロータを強制的に停止させるブレーキ区間に対応する。

【0047】

図２（ａ）～（ｃ）は、インバータ回路２３０の状態を示す図である。図２（ａ）には、第１状態φ１および第５状態φ５が示され、図２（ｂ）には、第２状態φ２が示され、図２（ｃ）には第６状態φ６、第７状態φ７が示される。

【0048】

第３状態φ３および第４状態φ４におけるインバータ回路２３０の状態制御は、駆動方式に応じて定めればよい。

【0049】

図３は、１２０°通電方式における第４状態（ホール駆動区間）φ４で生成される信号を示す図である。第３状態φ３についても、同様の順序でインバータ回路２３０の状態を変化させればよい。なお、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの位相は、ホール素子１０４の取り付け位置に応じて定まる。

【0050】

図４は、１８０°通電方式における第４状態（ホール駆動区間）φ４で生成される信号を示す図である。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。

【0051】

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Ｓ_ＨＡＬＬ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。たとえばコントロールロジック回路２１０は、電気角で６０°の時間を単位として、波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷの生成を行ってもよい。この場合、コントロールロジック回路２１０は、電気角６０°の時間を、ファンモータ１０２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を生成してもよい。なお、波形データＳＩＮＵ～ＳＩＮＷは、ＢＥＭＦ信号にもとづいて生成してもよい。

【0052】

このように、１８０°通電方式では、ファンモータ１０２の回転数に応じた周期の駆動波形ＳＩＮＵ～ＳＩＮＷ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。そこで、ファンモータ１０２を加速させる第３状態φ３においては、１２０°通電方式を採用し、第４状態φ４に移行した後に、１８０°通電方式に切りかえてもよい。

【0053】

本実施形態では、ファンモータ１０２の起動時、つまり駆動回路２００に回転開始の指示が与えられたときのファンモータ１０２の状態に応じて、起動シーケンスが切り替わる。回転開始の指示は、電源の投入であってもよいし、イネーブル信号のアサートであってもよい。

【0054】

（ａ）駆動回路２００に回転開始の指示が与えられたときに、ファンモータ１０２が実質的に停止している場合、第１状態φ１、第２状態φ２、第３状態φ３、第４状態φ４の順で遷移し、ファンモータ１０２が起動する。実質的に停止した状態とは、ゼロ近傍に定めた所定の回転数しきい値ｆ_１より低い状態であり、言い換えれば、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（全周期または半周期）τが所定のしきい値τ_１より長い状態である。τ_１は、ｆ_１の逆数に比例するしきい値である。

【0055】

（ｂ）駆動回路２００に回転開始の指示が与えられたときに、ファンモータ１０２が、所定回転数ｆ_１より高く、所定回転数ｆ_２より低い速度で回転している場合、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（全周期または半周期）τが所定のしきい値τ_１より短く、しきい値τ_２より長い場合に、第１状態φ１、第５状態φ５、第２状態φ２、第３状態φ３、第４状態φ４の順で遷移し、ファンモータ１０２が起動する。τ_２は、ｆ_２の逆数に比例する定数であり、τ_２＜τ_１の関係が成り立つ。

【0056】

（ｃ）駆動回路２００に回転開始の指示が与えられたときに、ファンモータ１０２が所定回転数ｆ_２より高い速度で回転している場合、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（全周期または半周期）τが所定のしきい値τ_２より短い場合に、第１状態φ１、第５状態φ５、第４状態φ４の順で遷移し、ファンモータ１０２が起動する。

【0057】

図５は、コントロールロジック回路２１０の状態遷移図である。電源投入前は、停止状態φ０である。電源が投入されると、停止状態φ０から第１状態φ１に遷移する（Ｔ０１）。Ｔｘｙは、状態φｘからφｙへの遷移を表す。

【0058】

電源投入直後、ファンモータ１０２が停止している保証はなく、空転している可能性もある。そこで電源投入直後の第１状態φ１において、空転判定が行われる。具体的には、インバータ回路２３０の三相出力をすべてハイインピーダンスとし、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬを監視する。ファンモータ１０２が完全に停止していれば、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬはハイまたはローに留まり、レベル遷移（つまりエッジ）は生じない。

【0059】

コントロールロジック回路２１０は、（i-1）ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬを監視し、所定第１時間τ_１（たとえば１００ｍｓ）の間に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの遷移（つまりエッジ）が検出されない場合（τ＞τ_１）、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの半周期τがしきい値τ_１より長いとき、ファンモータ１０２が実質的に停止しているものとして、第２状態φ２に遷移する（Ｔ１２）。

【0060】

コントロールロジック回路２１０は、第１状態φ１において、（i-2）ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化の間隔、すなわち半周期τが第１時間τ_１より短い場合（τ＜τ_１）、第５状態φ５に遷移する（Ｔ１５）。この処理によれば、たとえば、τ_１＝１００ｍｓ、４極モータの場合、回転数ｆがｆ_１＝１５０ｒｐｍより高いとき（ｆ＞ｆ_１）に、空転状態と判定され、回転数ｆがｆ_１より低いとき（ｆ≦ｆ_１）に、停止状態と判定されることとなる。ノイズの影響を抑制するために、コントロールロジック回路２１０は、第１状態φ１において、第１時間τ_１より短い間隔でのホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化を、複数回（Ｍ≧２、たとえばＭ＝２）連続して検出した場合に第５状態φ５に遷移してもよい。

【0061】

上述のように、初期状態において、ファンモータ１０２が停止していた場合、第２状態φ２、第３状態φ３、第４状態φ４の順序で遷移する。

【0062】

具体的には、第２状態φ２において、ファンモータ１０２に印加される出力ＯＵＴＵ～ＯＵＴＷの組み合わせが固定される。この状態では、ファンモータ１０２のロータの位置は、出力の組み合わせに応じた目標初期位置で固定され、このとき、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは、目標初期位置に応じた適正レベル（期待状態）をとるはずである。

【0063】

コントロールロジック回路２１０は、（iii-1）第２状態φ２において、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが、期待状態を第３時間τ_３、維持した場合、第３状態φ３に遷移する（Ｔ２３）。反対に、（iii-2）、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが期待状態（たとえばハイ）で安定しない場合、第６状態φ６に遷移する。コントロールロジック回路２１０は、たとえば、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが非期待状態（期待状態の反転論理、たとえばロー）を第４時間τ_４、維持した場合、またはホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが所定回数、切り替わった場合に、第６状態φ６に遷移してもよい。たとえばτ_４は１秒程度に定めることができる。

【0064】

ロータが目標初期位置に移動したことが確認されると、第３状態φ３に遷移する。第３状態φ３に遷移した直後は、ファンモータ１０２は回転していないから、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは一定レベルをとるため、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期した駆動はできない。そこで、第３状態φ３では、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬとは無関係に、所定の時間間隔で、インバータ回路２３０の状態（駆動相）が切りかえられる。第３状態φ３において、所定条件が満たされると、第４状態φ４に遷移する（Ｔ３４）。

【0065】

所定条件は、ファンモータ１０２が正しく回転し始めたこと（始動の成功）を検出できるように定められる。たとえばコントロールロジック回路２１０は、インバータ回路２３０の出力の状態が所定回数（たとえば２８回）、切り替わった場合、またはホール信号Ｓ_ＨＡＬＬとＢＥＭＦ信号の位相差が、所定値以下となった場合に、第４状態φ４に遷移してもよい。

【0066】

第３状態φ３において、ファンモータ１０２の始動に失敗した場合、第６状態φ６に遷移する（Ｔ３６）。たとえばコントロールロジック回路２１０は、第２状態φ２に遷移してからの経過時間が、所定時間（たとえば１秒）の間に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化が検出できないとき、始動失敗と判定して第６状態φ６に遷移してもよい。

【0067】

ファンモータ１０２の始動に成功し、第４状態φ４に遷移すると、周期的なホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが観測可能である。そこでコントロールロジック回路２１０は、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期してファンモータ１０２を制御する。

【0068】

なお、第４状態φ４で、ファンモータ１０２の回転数ｆが低速しきい値を下回ると（ロック状態）、あるいは高速しきい値を上回ると、第６状態φ６に遷移し（Ｔ４６）、ロック保護がかかる。第６状態φ６に遷移した後、所定の保護時間（たとえば５秒）が経過すると、第１状態φ１に戻る（Ｔ６１）。

【0069】

図６は、起動開始時に、ファンモータ１０２の回転が停止していたときのタイムチャートである。

【0070】

時刻ｔ_０に電源が投入され、それを起動指示として、コントロールロジック回路２１０が第１状態φ１に遷移する。ファンモータ１０２は停止しているから、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬは一定レベルを維持する。ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化が第１時間τ_１に渡って発生しないと、時刻ｔ_１に第２状態φ２に遷移する。

【0071】

第２状態φ２において、インバータ回路２３０の出力が所定状態（たとえばＵ相、Ｗ相がハイ、Ｖ相がロー）に固定されると、ロータが、その状態に応じた位置に移動する。ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬが期待状態を第３時間τ_３持続すると、時刻ｔ_３に第３状態φ３に遷移する。

【0072】

第３状態φ３では、インバータ回路２３０の出力の状態が時々刻々と変化する。これに追従して、ファンモータ１０２が回転しはじめ、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬも変化しはじめる。

【0073】

時刻ｔ_４に、ファンモータ１０２の始動成功が検出されると、第４状態φ４に遷移する。そして、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して、インバータ回路２３０の状態が切りかえられ、ファンモータ１０２の回転数ｆが目標値まで高められる。

【0074】

以上が、起動開始時に、ファンモータ１０２の回転が停止していたときの動作である。続いて、図５に戻り、起動開始時に、ファンモータ１０２が空転していたときの動作を説明する。

【0075】

上述のように、ファンモータ１０２が空転していると、第５状態φ５に遷移する。

【0076】

第５状態φ５では、空転状態にあるファンモータ１０２の速度ｆが、回転数ｆ_２より高いか低いかが判定される。回転数ｆ_２は回転数ｆ_１より高く定められ、たとえば４００ｒｐｍ程度とすることができる。

【0077】

そして、空転状態において、ファンモータ１０２がｆ_２より遅く回転している場合（ｆ＜ｆ_２）、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期Ｔ（全周期または半周期）が所定のしきい値τ_２より長いとき、第２状態φ２に遷移する（Ｔ５２）。その後の遷移は、上述した通りである。

【0078】

空転状態において、ファンモータ１０２がｆ_２より速く回転しているとき（ｆ＞ｆ_２）、言い換えると、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期Ｔ（全周期または半周期）が所定のしきい値τ_２より短いときには、第２状態φ２、第３状態φ３をスキップし、直接、第４状態φ４に遷移する（Ｔ５４）。

【0079】

たとえばコントロールロジック回路２１０は、（ii-1）第５状態φ５において、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期（たとえばネガティブエッジとネガティブエッジの間隔、あるいはポジティブエッジとポジティブエッジの間隔）が、所定の第２時間τ_２より短い場合に、第４状態φ４に遷移し、（ii-2）そうでない場合に、第２状態φ２に遷移してもよい。たとえば４極モータで、τ_２＝７５ｍｓとした場合、ｆ_２＝４００ｒｐｍとなる。ノイズの影響を抑制するために、コントロールロジック回路２１０は、第５状態φ５において、第２時間τ_１より短い間隔でのホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化を、複数回（たとえば３回）連続して検出した場合に、第５状態φ５に遷移してもよい。

【0080】

第５状態φ５において、ファンモータ１０２が逆転状態で空転している場合、第７状態φ７に遷移する（Ｔ５７）。逆転判定は、たとえばホール信号Ｓ_ＨＡＬＬとＢＥＭＦ信号の位相関係から判定することができる。

【0081】

第７状態φ７では、ファンモータ１０２にブレーキが掛けられる。第７状態φ７に遷移した後、所定のブレーキ時間（たとえば５秒）経過後に、第１状態φ１に戻る（Ｔ７１）。

【0082】

図７は、起動開始時に、ファンモータ１０２が回転数ｆ_２より遅い速度で空転していたときのタイムチャートである。時刻ｔ_０に第１状態φ_１に起動する。第１状態φ_１に遷移後、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化の時間間隔が第１時間τ_１より短い状態がＭ回（ここでは２回）検出されると、第５状態φ５に遷移する（時刻ｔ_５）。時刻ｔ_１に、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期が、第２時間τ_２より長いことが検出されると、第２状態φ２に遷移する。それ以降は図６と同様である。

【0083】

図８は、起動開始時に、ファンモータ１０２が回転数ｆ_２より速い速度で空転していたときのタイムチャートである。時刻ｔ_０に第１状態φ_１に起動する。第１状態φ_１に遷移後、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの変化の時間間隔が第１時間τ_１より短い状態がＭ回（ここでは２回）検出されると、第５状態φ５に遷移する（時刻ｔ_５）。

【0084】

第５状態φ５において、第２時間τ_２より短いホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期が検出されると、第４状態φ４に遷移する（時刻ｔ_６）。ここでは１サイクルホール信号Ｓ_ＨＡＬＬの周期がτ２より短いサイクルが１回検出されると、第４状態φ４に遷移する様子を示すが、好ましくは、複数サイクル（たとえば３サイクル）にわたって連続して検出されたことを、第４状態φ４への遷移条件としてもよい。

【0085】

時刻ｔ_６以降、ホール信号Ｓ_ＨＡＬＬと同期して制御信号Ｓ_ＣＮＴが生成され、インバータ回路２３０が制御される。

【0086】

以上が駆動回路２００の起動シーケンスである。続いてその利点を説明する。駆動回路２００の利点は、比較技術との対比によって明確となる。

【0087】

比較技術１では、空転状態においてファンモータがｆ_２より遅く回転している場合には、第６状態φ６に遷移する。この場合、第６状態φ６においてファンモータ１０２を停止させた後に、第１状態φ１からの起動が繰り返される。したがって、比較技術１では、ファンモータ１０２の始動に、少なくとも保護時間（たとえば５秒）より長い時間を要することとなる。

【0088】

比較技術２では、空転状態においてファンモータがｆ_２より遅く回転している場合には、第７状態φ７に遷移し、第７状態φ７においてファンモータ１０２を停止させた後に、第１状態φ１からの起動が繰り返される。比較技術２では、ファンモータ１０２の始動に、少なくともブレーキ時間（たとえば５秒）より長い時間を要することとなる。

【0089】

これに対して、本実施形態では、空転状態においてファンモータがｆ_２より遅く回転している場合に、ファンモータ１０２を停止させずに、第２状態φ２に遷移させることとした。これにより比較技術に比べて、起動時間を大幅に短縮することができる。

【0090】

本発明者らは、特性の異なるさまざまなモータについて検討したところ、本実施形態に係る制御では、第５状態φ５で参照される回転数のしきい値ｆ_２の設定が重要であることを認識した。つまりある特性のファンモータとの組み合わせでは、ｆ_２＝４００ｒｐｍとした場合に、第２状態φ２を経由した起動に成功するが、別の特性のファンモータとの組み合わせでは、ｆ_２＝４００ｒｐｍとすると、第２状態φ２を経由した起動に失敗する場合がある。そこで駆動回路２００は、駆動対象のファンモータ１０２の特性、種類に応じて、回転数ｆ_２を外部から設定可能に構成される。

【0091】

たとえば駆動回路２００は、回転数ｆ_２、言い換えると第２時間τ_２を設定するための設定ピンＦＳＥＴを備える。コントロールロジック回路２１０は、設定ピンＦＳＥＴの電気的状態にもとづいて、回転数ｆ_２を設定する。たとえば設定ピンＦＳＥＴに対して、外部からアナログ電圧を印加し、コントロールロジック回路２１０は設定ピンＦＳＥＴの電圧レベルに応じて、回転数ｆ_２を設定、選択してもよい。

【0092】

あるいは、設定ピンＦＳＥＴに対して、外部からハイ／ロー２値のデジタル信号を入力可能としてもよい。この場合、コントロールロジック回路２１０は設定ピンＦＳＥＴの論理レベルに応じて、回転数ｆ_２を選択してもよい。

【0093】

あるいは、駆動回路２００は、Ｉ^２Ｃ（Inter IC）インタフェースやＳＰＩ（Serial Peripheral Interface）を備え、外部からのレジスタアクセスによって、回転数ｆ_２を設定可能であってもよい。

【0094】

回転数ｆ_２を外部から設定可能とすることにより、同じ駆動回路２００を、特性の異なるさまざまなモータに対応可能とすることができ、汎用性を高めることができる。たとえば、駆動回路２００を購入して冷却装置１００を設計する設計者が、ファンモータ１０２を変更したい場合に、駆動回路２００を変更することなく、回転数ｆ_２を変更するだけで、対応することができる。

【0095】

また、空転時に、ファンモータ１０２の回転数ｆがｆ_２より高い場合には、第４状態φ４に直接遷移することで、高速起動が可能となる。

【0096】

以上、実施の形態について説明した。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。

【0097】

（変形例１）
図９は、変形例１に係る駆動回路２００Ａの回路図である。この変形例１において、駆動回路２００Ａは、コントロールロジック回路２１０、ホールコンパレータ２４０、逆起電力検出回路２５０を含み、プリドライバ２２０およびインバータ回路２３０を含むドライバ回路２００Ｂと別のＩＣとして構成される。

【0098】

（変形例２）
図１０は、変形例２に係る駆動回路２００Ｃの回路図である。この変形例１において、駆動回路２００Ｃは、コントロールロジック回路２１０、ホールコンパレータ２４０、逆起電力検出回路２５０、プリドライバ２２０を含む。インバータ回路２３０は、ディスクリート部品を用いて駆動回路２００Ｃに外付けされる。

【0099】

（変形例３）
実施形態では、１ホールのファンモータを例としたが、本発明は３ホールのファンモータにも適用可能である。

【0100】

最後に、駆動回路２００の用途を説明する。図１１は、冷却装置１００を備えるコンピュータの斜視図である。冷却装置１００は、ファンモータ１０２と、図１の駆動回路２００とを備える。コンピュータ５００は、筐体５０２、ＣＰＵ５０４、マザーボード５０６、ヒートシンク５０８、および複数の冷却装置１００＿１，１００＿２を備える。

【0101】

ＣＰＵ５０４は、マザーボード５０６上にマウントされる。ヒートシンク５０８は、ＣＰＵ５０４の上面に密着されている。冷却装置１００＿１は、ヒートシンク５０８と対向して設けられ、ヒートシンク５０８に空気を吹き付ける。冷却装置１００＿２は、筐体５０２の背面に設置され、筐体５０２の外部の空気を内部に吸気し、あるいは内部の空気を外部に排気する。

【0102】

実施形態に係る冷却装置１００は、ファンモータ１０２を短時間で起動することが可能であるため、冷却対象を速やかに冷却することが可能となる。

【0103】

冷却装置１１０は、図１１のコンピュータ５００の他、ワークステーション、ノート型コンピュータ，テレビ、冷蔵庫、などの様々な電子機器に搭載可能である。

【0104】

また本実施の形態に係る駆動回路２００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。

【0105】

具体的な用語を用いて説明される実施の形態は、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。

【符号の説明】

【0106】

１００ 冷却装置
１０２ ファンモータ
１０４ ホール素子
２００ 駆動回路
２１０ コントロールロジック回路
２２０ プリドライバ
２３０ インバータ回路
２４０ ホールコンパレータ
２５０ 逆起電力検出回路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】