JPH1028394A - ブラシレスモータの回転状態検出回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブラシレスモータの起動から定常回転速度に
至るまでの過渡期において、ブラシレスモータが正常で
あるにも関わらず、誤って、モータが異常である旨を指
示する信号が出力されるのを防止する。 【解決手段】 正常状態におけるファンモータが起動か
ら定常回転速度に至るまでに生じるべきＦＧパルス数に
等しいか又はそれ以上の値を計数するカウンタ２２を設
ける。カウンタ２２は当該ＦＧパルス数を計数する期間
中は、ラッチ回路２１の値をコンパレータ２０の出力に
関係なく固定する。これにより、警報端子ＬＳ出力はハ
イレベルとなり、ファンモータの定常回転以前における
誤出力は防止される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ＤＣファンモータ
等に用いて好適なブラシレスモータの回転状態検出回路
に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、大規模なＯＡ機器等には当該機
器内部温度を冷却する為のファンモータが設けられてい
る。このファンモータは、ＯＡ機器内部の素子の発熱に
より当該ＯＡ機器の内部温度が上昇し、これが原因とな
ってＯＡ機器が破壊されるのを防止する為、ＯＡ機器の
内部温度を十分に冷却できる回転数に設定されて、ＯＡ
機器の使用時は常に回転する設計となっている。ところ
が、ファンモータも経年変化に伴い、構造劣化が生じ、
予め設定された回転数を維持できなくなり、この回転数
より低い回転数でしか回転できなくなってしまう場合が
ある。こうなると、ＯＡ機器が内部熱により破壊される
可能性が高くなるが、オペレータが操作するＯＡ機器で
あれば、オペレータがファンモータの異常（例えば、モ
ータ音、ＯＡ機器の温度等）に気づき、早期発見による
対策（ファンモータの交換）も可能である。しかしなが
ら、パソコンの通信で利用されるインターネットの中継
局に設置される様な無人のサーバ機器の場合、該サーバ
機器内部のファンモータに異常が生じて回転数が低下し
た場合などには、その旨を集中管理している場所のオペ
レータに何らかの形で知らせる必要がある。そうしない
と、サーバ機器が熱破壊されてしまう。そこで、従来
は、ファンモータの回転数に応答して発生するＦＧパル
スを監視することにより、ファンモータの回転数低下を
検出し、この検出出力を遠隔のオペレータに知らせるこ
とにより、ファンモータが寿命等で交換時期である等の
指示を行っていた。この検出機能をライフセンサ機能と
いう。

【０００３】上記したファンモータのＦＧパルスの監視
方法とは、ＦＧパルスの周波数が予め設定された周波数
よりも低くなったことを検出して、ファンモータが設定
回転数より低い回転数でしか回転できないと判断するも
のである。しかし、この方法では、ファンモータが起動
されてから通常回転速度に達するまでの間において、フ
ァンモータは徐々に回転速度を上げていく為、上記した
ファンモータの設定回転数より低い回転数で回転する期
間が生じてしまい、ファンモータが正常であるにも関わ
らず、ファンモータを異常状態として知らしめてしまう
問題がある。

【０００４】そこで、ファンモータの起動時における誤
検出を防止する手段として、コンデンサを含む遅延回路
を設け、ファンモータが起動から定常回転速度に至るま
での一定時間は、ＦＧパルスの監視機能が働かない様に
し、あくまでも、一定時間後に、ＦＧパルスを監視して
ファンモータの異常検出を行う様にしていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ファン
モータの駆動と起動時を除くライフセンサ機能とを実現
するには、ファンモータ駆動用ＩＣと、コンデンサが外
付けされる遅延専用ＩＣとを組み合わせる必要がある。
遅延専用ＩＣから外付コンデンサには定電流が流れる様
になっており、ファンモータの起動から定常回転状態と
なるまでの時間だけ外付コンデンサが充電された時の外
付コンデンサの端子電圧により、前記ライフセンサ機能
の動作及び停止を制御していた。

【０００６】従って、前記ライフセンサ機能を遅延とい
う時間のファクタで制御している為、比較的大容量のコ
ンデンサを外付しなければならず、駆動用ＩＣ及び遅延
専用ＩＣと併せて基板面積が大きくなると共にコストア
ップを避けられない問題があった。また、コンデンサの
容量のバラツキ、温度特性に基づく遅延時間のバラツキ
等により確実な遅延時間の設定は不可能であり、前記ラ
イフセンサ機能が動作しなくてもよい時に動作したり、
逆に動作する必要がある時に動作しなかったりという不
都合が生じる問題があった。更に、ファンモータの種類
に応じてコンデンサの容量をその都度選択しなければな
らず、操作が煩雑となる問題があった。

【０００７】そこで、本発明は、システムの簡素化及び
広範囲のファンモータに対応できる、ブラシレスモータ
の回転状態検出回路を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記問題点を
解決する為に成されたものであり、その特徴とするとこ
ろは、ブラシレスモータの回転速度に応答して周波数が
変化するパルスが印加されることにより、電源電圧が印
加され該電源電圧を特定の時定数で充電する充電回路の
充電電圧を放電する放電回路と、前記充電回路の充電電
圧と基準電圧とを比較する比較回路と、前記比較回路の
比較出力を前記パルスに同期してラッチするラッチ回路
と、前記ブラシレスモータが起動されてから定常回転速
度に達するまでの間に、正常状態で発生すべき前記パル
スの特定数を計数し、前記パルスの特定数を計数してい
る間は、前記ラッチ回路の出力が前記比較回路の出力に
応じて変化するのを禁止して固定値とする為の禁止信号
を発生するカウンタと、を備え、前記カウンタが前記パ
ルスの特定数を計数した後、前記充電回路の充電電圧が
前記基準電圧を越えた時、前記ラッチ回路にラッチされ
た一方の論理値により、前記ブラシレスモータの回転速
度が定常回転速度より低下していることを知らしめる点
である。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に従って具体
的に説明する。図１は本発明のブラシレスモータの回転
状態検出回路を示す回路図であり、一例として２相のユ
ニポーラ駆動されるＤＣファンモータに適用する場合を
挙げている。

【００１０】図１において、（１）はファンモータの駆
動用ＩＣであり、電源電圧ＶＣＣが印加される電源端子
（２）、ファンモータのステータ（図示せず）に固定さ
れたホール素子（３）の出力であるＦＧパルスが印加さ
れるホール入力端子Ｈ＋，Ｈ−、ファンモータの２相コ
イル（４）（５）の各々の一端が接続される出力端子Ｏ
ＵＴ１，ＯＵＴ２、充電電圧が印加される充電電圧入力
端子ＣＲ、ファンモータの回転状態の異常を知らしめる
警報端子ＬＳ、及び接地端子ＧＮＤを有している。

【００１１】駆動用ＩＣ（１）外部において、ホール素
子（３）は、その一方の電源入力が抵抗（６）を介して
電源電圧ＶＣＣと接続されると共に他方の電源入力が接
地されている。ホール入力端子Ｈ＋，Ｈ−に印加される
ホール素子（３）出力ＦＧパルスは各々１８０度の位相
差を持った逆相波形である。電源電圧ＶＣＣと接地との
間には、充電回路を構成する抵抗（７）及びコンデンサ
（８）が直列接続されており、抵抗（７）の抵抗値及び
コンデンサ（８）の容量で定まる時定数に従って充電を
行い、この時コンデンサ（８）の両端に現れる充電電圧
が充電電圧入力端子ＣＲに印加される。また、警報端子
ＬＳはプルアップ抵抗（９）を介して電源電圧ＶＣＣと
接続されている。

【００１２】次に、駆動用ＩＣ（１）内部において、フ
ァンモータの駆動系について説明する。（１０）はホー
ルアンプであり、一方の入力にはホール入力端子Ｈ＋の
入力波形が印加され、他方の入力にはホール入力端子Ｈ
−の入力波形が印加される。即ち、ホールアンプ（１
０）からは、電気角１８０度毎にハイレベル及びローレ
ベルを繰り返すデューティ５０％の矩形波ＨＡが出力さ
れる。尚、ホールアンプ（１０）は、外来ノイズの影響
を防止する為にヒステリシスを有する構成となってい
る。（１１）はコントロールブロックであり、その入力
はホールアンプ（１０）の出力と接続されている。且
つ、コントロールブロック（１１）の２出力はＮＰＮ型
の出力トランジスタ（１２）（１３）と接続される。具
体的には、出力トランジスタ（１２）のベースはコント
ロールブロック（１１）の一方の出力と接続され、コレ
クタは出力端子ＯＵＴ１と接続され、エミッタは接地さ
れている。同様に、出力トランジスタ（１３）のベース
はコントロールブロック（１１）の他方の出力と接続さ
れ、コレクタは出力端子ＯＵＴ２と接続され、エミッタ
は接地されている。以上がファンモータの駆動系であ
る。コントロールブロック（１１）は、ホールアンプ
（１０）からハイレベル出力が印加されると、一方の出
力からハイレベルを出力し（この時他方の出力はローレ
ベル）、出力トランジスタ（１２）をオンして一方のコ
イル（４）に駆動電流を流させる。また、コントロール
ブロック（１１）は、ホールアンプ（１０）からローレ
ベル出力が印加されると、他方の出力からハイレベルを
出力し（この時一方の出力はローレベル）、出力トラン
ジスタ（１３）をオンさせて他方のコイル（５）に駆動
電流を流させる。即ち、２相コイル（４）（５）には、
各々、電気角１８０度毎に交互に駆動電流が流れ、ファ
ンモータが回転することになる。

【００１３】次に、駆動用ＩＣ（１）内部において、フ
ァンモータの制御系について説明する。（１４）はバッ
ファであり、ホールアンプ（１０）の出力が印加され、
該ホールアンプ（１０）の出力と同相の波形（パルス）
を出力する。（１５）はＰＮＰ型のトランジスタ、（１
６）はＮＰＮ型のトランジスタであり、放電回路を構成
する。即ち、トランジスタ（１５）のベースはバッファ
（１４）の出力と接続され、エミッタは充電電圧入力端
子ＣＲと接続され、コレクタはトランジスタ（１６）の
ベースと接続されている。且つ、トランジスタ（１６）
のコレクタは充電電圧入力端子ＣＲと接続され、エミッ
タは接地されている。従って、充電電圧入力端子ＣＲに
印加されたコンデンサ（８）の端子電圧である充電電圧
は、バッファ（１４）の出力がローレベルに立ち下がっ
てトランジスタ（１５）がオンすることにより、トラン
ジスタ（１６）のコレクタエミッタ路を介して放電され
る。但し、充電電圧は、完全放電されたとしても、充電
電圧入力端子ＣＲの電圧はトランジスタ（１６）のベー
スエミッタ間電圧０．７ボルト以下に下がることはな
い。即ち、充電電圧入力端子ＣＲの最低電圧は０．７ボ
ルトにクリップされる。

【００１４】電源電圧ＶＣＣと接地との間には抵抗（１
７）（１８）及びダイオード（１９）が直列接続されて
いる。（２０）はコンパレータであり、一方の入力であ
る＋端子は充電電圧入力端子ＣＲと接続され、他方の入
力である−端子は抵抗（１７）（１８）の接続点と接続
されている。ここで、抵抗（１７）（１８）の接続点に
現れる基準電圧ＶＲＥＦ１について述べると、ファンモ
ータが正常な状態で定速回転している時は、充電電圧は
ファンモータの回転速度に応答するバッファ（１４）の
出力の立ち下がりで放電される為、特定電圧まで上昇す
ることはあり得ない。つまり、ファンモータに異常が生
じて回転速度が予め定められた回転速度より低下した
時、バッファ（１４）の出力周波数が低くなり、充電電
圧が前記特定電圧まで上昇してしまうことがあり得る。
そこで、ファンモータの異常を検出する基準として前記
特定電圧をＶＲＥＦ１としてコンパレータ（２０）の−
端子に印加している。尚、基準電圧ＶＲＥＦ１を発生す
るのに、ダイオード（１９）を用いたのは、第１に、コ
ンパレータ（２０）の＋端子に印加される最低電圧が
０．７ボルトであることを考慮し、０．７ボルト以上の
基準電圧ＶＲＥＦ１を補償する為であり、第２に、電源
電圧ＶＣＣが変動した際に警報端子ＬＳをローレベルと
すべきファンモータの設定回転数がずれるのを防止する
為であり、第３に、トランジスタ（１６）のベースエミ
ッタ間電圧０．７ボルトの温度特性による電圧変化を相
殺する為である。更に、コンパレータ（２０）の出力が
ハイレベル又はローレベルに切り替わる時に、ファンモ
ータの回転むらによるチャタリングが発生するのを防止
する為、コンパレータ（２０）はヒステリシスを持って
構成されている。（２１）はラッチ回路であり、コンパ
レータ（２０）の出力をバッファ（１４）出力の立ち下
がりに同期してラッチするものである。

【００１５】（２２）はカウンタであり、バッファ（１
４）出力の立ち下がりを計数するものである。ここで、
ファンモータが正常に機能する場合に、起動から定常回
転速度に達するまでに発生するＦＧパルスの数は一義的
に決まっている。そこで、このＦＧパルス数と等しいか
又はそれ以上の数を、カウンタ（２２）が計数できる様
にしておく。例えば、ファンモータの起動から定常回転
速度に至るまでのＦＧパルス数が１００であるものと仮
定すると、カウンタ（２２）は７ビットで構成され、１
２８（＝２の７乗）を計数できるものに設計しておく。
カウンタ（２２）は、１２８を計数した後、ローレベル
のオーバーフロー信号ＣＴＲを発生する。

【００１６】（２３）はＮＰＮ型のトランジスタであ
り、ベースはカウンタ（２２）の出力と接続され、コレ
クタはラッチ回路（２１）の出力と接続され、エミッタ
は接地されている。即ち、カウンタ（２２）が１２８を
計数している最中は、ファンモータが起動から定常回転
速度に至る過程であり、カウンタ（２２）の出力ＣＴＲ
がハイレベルの為、トランジスタ（２３）がオンして、
ラッチ回路（２１）の出力はコンパレータ（２０）の出
力に関係なくローレベルに固定される。これにより、フ
ァンモータの回転速度が定常回転速度に至る前で遅くコ
ンパレータ（２０）の出力がハイレベルになった場合で
あっても、ラッチ回路（２１）出力がローレベルに固定
されている為、警報端子ＬＳから誤警報が発生すること
はない。カウンタ（２２）が１２８を計数した後は、フ
ァンモータが定常回転速度で回転しているものとされ、
ローレベルのオーバーフロー信号ＣＴＲが発生する為、
トランジスタ（２３）はオフし、ラッチ回路（２１）の
出力はコンパレータ（２０）の出力に依存して変化する
ことになる。（２４）はＮＰＮ型のトランジスタであ
り、ベースはラッチ回路（２１）の出力と接続され、コ
レクタは警報端子ＬＳと接続され、エミッタは接地され
ている。警報端子ＬＳは、通常は、ラッチ回路（２１）
がローレベル（論理値「０」）をラッチしてトランジス
タ（２４）がオフし、プルアップ抵抗（９）により電源
電圧ＶＣＣにプルアップされたハイレベルを出力するこ
とになる。このハイレベル出力は、ファンモータが正常
に定常回転していることを指示する信号である。

【００１７】（２５）はコンパレータであり、駆動用Ｉ
Ｃ（１）に電源電圧ＶＣＣが投入された時の充電電圧入
力端子ＣＲの状態を見る為のものである。コンパレータ
（２５）の一方の入力である＋端子は充電電圧入力端子
ＣＲと接続され、他方の入力である−端子には基準電圧
ＶＲＥＦ２（＜ＶＲＥＦ１）が印加される。電源電圧Ｖ
ＣＣと接地との間には抵抗（２６）（２７）が直列接続
され、その接続点電圧が基準電圧ＶＲＥＦ２としてコン
パレータ（２５）の−端子に印加される。基準電圧ＶＲ
ＥＦ１は、先に述べた様に０．７ボルトより高い電圧で
あるが、基準電圧ＶＲＥＦ２は、０．７ボルトより低い
電圧である。（２８）はリセット回路であり、電源電圧
ＶＣＣを投入した初期時において、コンデンサ（８）の
端子電圧である充電電圧が基準電圧ＶＲＥＦ２を越えた
時点で、ラッチ回路（２１）及びカウンタ（２２）を初
期化するものである。これにより、ラッチ回路（２１）
は論理値「０」をラッチし、カウンタ（２２）の各ビッ
トは全て「０」となる。

【００１８】ここで、充電電圧入力端子ＣＲに現れる充
電電圧の最低レベルを０．７ボルトとしたのは、誤って
充電電圧入力端子ＣＲの電圧を放電した結果が基準電圧
ＶＲＥＦ２未満まで下降してしまうと、ファンモータが
定常回転しているにも関わらず、再度、ラッチ回路（２
１）及びカウンタ（２２）が初期化されてしまい、正し
い警報端子ＬＳ出力が得られなくなるのを防止する為で
ある。更に、コンデンサ（８）の充電を常に同じ電圧か
ら開始させる様にすることで、ＦＧパルスの周波数に対
応する充電時間と充電電圧との関係を一義的とする為で
ある。

【００１９】以下、図１の動作を図２の波形図を基に説
明する。先ず、電源電圧ＶＣＣが投入されると、時刻ｔ
０でラッチ回路（２１）及びカウンタ（２２）が初期化
され、上記した駆動用ＩＣ（１）の駆動系が動作してフ
ァンモータが回転し始める。ファンモータの起動から定
常回転速度に至るまでの期間においては、ホールアンプ
（１０）の出力周波数は徐々に高くなっていくが、ファ
ンモータが寿命等で回転速度が定常値より遅くなってい
る場合と同様の状態が生じる。この期間に、ファンモー
タが正常であるにも関わらず、警報端子ＬＳをローレベ
ルにするのは明らかに誤動作である。これを防止する
為、カウンタ（２２）でホールアンプ（１０）の出力と
同相のバッファ（１４）の出力の立ち下がりを１２８回
計数する。尚、本発明の実施の形態においては、ファン
モータが起動から定常回転速度に至るまでに生じるＦＧ
パルス数は１００とする。カウンタ（２２）がバッファ
（１４）出力を１２８回計数している最中は、カウンタ
（２２）出力がハイレベルである為、ラッチ回路（２
１）の出力はローレベルに固定されている。従って、時
刻ｔ１、ｔ２、ｔ３において、充電電圧が基準電圧ＶＲ
ＥＦ１を越えてしまったとしても、定常回転への過渡期
であるものとして、ラッチ回路（２１）のローレベル出
力を受けてトランジスタ（２４）がオフし、警報端子Ｌ
Ｓは正常状態を表すハイレベルを出力し続ける。

【００２０】その後、時刻ｔ４においてカウンタ（２
２）が１２８回の計数を終了してローレベルのオーバー
フロー信号ＣＴＲを出力すると、トランジスタ（２３）
がオフし、ラッチ回路（２１）の内容はコンパレータ
（２０）の出力に依存することになる。ファンモータが
定常回転している状態から、何らかの異常を来たし、回
転速度が低下してしまい、その状態が継続された場合、
例えば、充電電圧が基準電圧ＶＲＥＦ１を越えその直後
の時刻ｔ５でバッファ（１４）出力が立ち下がった場
合、ラッチ回路（２１）にはハイレベル（論理値
「１」）がラッチされ、トランジスタ（２４）がオン
し、警報端子ＬＳはローレベルとなる。このローレベル
が外部のコンピュータ等に伝達され、ＯＡ機器等に内蔵
されたファンモータが故障、劣化等で交換時期になって
いる旨をオペレータに知らしめることができる。

【００２１】以上より、ファンモータの起動から定常回
転に至るまでの間におけるライフセンサ機能の誤動作を
確実に防止できる。

【００２２】

【発明の効果】本発明によれば、ブラシレスモータの起
動から定常回転速度に至るまでを、従来の様な時間とい
うファクタではなく、ブラシレスモータの回転に応答し
て周波数が変化するパルスの予め定められた特定数をカ
ウンタで計数することで判定する様にした。従って、大
容量のコンデンサが不要となり、基板面積を小さくでき
ると共にコストダウンも可能となる。また、従来の遅延
専用ＩＣが不要となる為、システム構成を簡略化でき
る。更に、モータの種類が変わったとしても、起動から
定常回転速度に至るまでに要するパルス数は一定の為、
汎用性のある回路を提供できる利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のブラシレスモータの回転状態検出回路
を示す回路ブロック図である。

【図２】図１の動作を示す波形図である。

【符号の説明】

（１） 駆動用ＩＣ （７） 抵抗 （８） コンデンサ （１４） バッファ （１５）（１６）（２３）（２４） トランジスタ （２０） コンパレータ （２１） ラッチ回路 （２２） カウンタ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ブラシレスモータの回転速度に応答して
   周波数が変化するパルスが印加されることにより、電源
   電圧が印加され該電源電圧を特定の時定数で充電する充
   電回路の充電電圧を放電する放電回路と、 前記充電回路の充電電圧と第１基準電圧とを比較する第
   １比較回路と、 前記第１比較回路の比較出力を前記パルスに同期してラ
   ッチするラッチ回路と、 前記ブラシレスモータが起動されてから定常回転速度に
   達するまでの間に、正常状態で発生すべき前記パルスの
   特定数を計数し、前記パルスの特定数を計数している間
   は、前記ラッチ回路の出力が前記第１比較回路の出力に
   応じて変化するのを禁止して固定値とする為の禁止信号
   を発生するカウンタと、を備え、 前記カウンタが前記パルスの特定数を計数した後、前記
   充電回路の充電電圧が前記基準電圧を越えた時、前記ラ
   ッチ回路にラッチされた一方の論理値により、前記ブラ
   シレスモータの回転速度が定常回転速度より低下してい
   ることを知らしめることを特徴とするブラシレスモータ
   の回転状態検出回路。
2. 【請求項２】 前記ラッチ回路の出力に応じてスイッチ
   ングされるトランジスタを設け、前記カウンタが前記パ
   ルスの特定値を計数した後において、前記充電回路の充
   電電圧が前記基準電圧を越えた時の前記ラッチ回路のラ
   ッチ出力により前記トランジスタをオンし、プルアップ
   又はプルダウンされている値を反転させることにより、
   前記ブラシレスモータの回転速度が定常回転速度より低
   下していることを知らしめることを特徴とする請求項１
   記載のブラシレスモータの回転状態検出回路。
3. 【請求項３】 前記第１比較回路はヒステリシスを有す
   ることを特徴とする請求項１記載のブラシレスモータの
   回転状態検出回路。
4. 【請求項４】 前記充電回路の出力と前記第１基準電圧
   より低い第２基準電圧とを比較する第２比較回路と、電
   源電圧の投入後、前記充電回路の出力が前記第２基準電
   圧に達した時、前記第２比較回路の出力変化により前記
   ラッチ回路及び前記カウンタを初期化するリセット回路
   とを設け、前記充電回路を前記第１及び第２比較回路に
   共用したことを特徴とする請求項１記載のブラシレスモ
   ータの回転状態検出回路。
5. 【請求項５】 前記放電回路は、前記充電回路の充電電
   圧を放電した際の最低電圧レベルが前記第１及び第２基
   準電圧の間となる様に構成されていることを特徴とする
   請求項４記載のブラシレスモータの回転状態検出回路。