JPH04165976A - モータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、多数の半導体スイッチング素子で構成された
駆動回路によって複数相のモータコイルを通断電制御す
るようにしたモータの駆動装置に関する。

（従来の技術） レーザビームプリンタは、モータ例えばブラシレスモー
フによりポリゴンミラーを回転させ、印字パターンに応
じて点滅動作する半導体レーザからのレーザ光を前記ポ
リゴンミラーにより反射させて感光ドラム上に照射する
ようにしたもので、ポリゴンミラーによりレーザ光のみ
を走査するだけでよいので、機械的走査部分がなく、高
速度印字が可能である。このため、ポリゴンミラーを回
転駆動するブラシレスモーフとしては、６ｏｏ。

ｒ、ｐ、ｍ〜１２００　Ｏｒ、Ｉ）、ｍの高速度で且つ
０．０４％程度の速度変動率（ジッタ）のものが要求さ
れる。

而して、ブラシレスモーフの駆動装置は、例えば６個の
半導体スイッチング素子たるパワートランジスタを３相
ブリツジ接続して駆動回路を構成し、この駆動回路の直
流入力端子を直流電源に接続し、駆動回路の交流出力端
子を３相のモータコイルに接続し、６個のパワートラン
ジスタを順次オンオフさせることにより３相のモータコ
イルを通断電制御してロータを回転させる構成である。

（発明が解決しようとする課題）　　′ポリゴンミラー
駆動用のブラシレスモータは、上述たように高速度で回
転されるものであるから、例えばフロッピーディスク駆
動用のモータに比し、高速度の定常回転に達するまでの
起動時間が数倍程度と極めて長い。駆動回路のパワート
ランジスタは飽和領域で用いられるのが通常であるが、
従来のように、長時間にわたって大きな起動電流が流し
ると、パワートランジスタは活性化領域でオンすること
になって、熱損失が大きくなり、大きな放熱フィンが必
要になる等、全体が大形化する問題がある。

又、前述したように、パワートランジスタが活性化領域
でオンすることにより、パワートランジスタのスイッチ
ング動作が不完全になって、モータコイルによる回転磁
界が乱れ、このため、起動時に電磁音が発生するという
問題がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、起動電流による駆動回路の半導体スイッチング素子の
熱損失を抑制し得、小形化を図り得るとともに、起動時
の電磁音の発生も防止することかできるモータの駆動装
置を供給するにある。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 本発明のモータの駆動装置は、多数の半導体スイッチン
グ素子により構成された駆動回路を設け、この駆動回路
と直流電源との間に該駆動回路に対する供給電圧を変更
するための電圧変更手段を設け、前記駆動回路の半導体
スイッチング素子をオンオフさせることによりモータの
複数相のモータコイルを通断電制御し該モータの起動時
には前記電圧変更手段を制御して前記半導体スイッチン
グ素子が活性化領域に入ることを防止するように前記駆
動回路に対する供給電圧を変更させる制御手段を設ける
構成に特徴を有する。

（作用） 本発明のモータの駆動装置によれば、モータの起動時に
おいては電圧変更手段によって駆動回路への供給電圧が
半導体スイッチング素子が活性化領域に入らないように
変更され、従って、起動電流による半導体スイッチング
素子の熱損失が軽減されるようになり、又、起動時に半
導体スイッチング素子のスイッチング動作が完全になっ
て、モータコイルによる回転磁界が安定する。

（実施例） 以下、本発明の第１の実施例につき第１図乃至第４図を
参照しながら説明する。

先ず、第４図に従って、レーザビームプリンタの概略的
構成について述べる。１はモータ例えばブラシレスモー
タであり、そのシャフト２には六角形状のポリゴンミラ
ー３の中心部が固定されている。４は半導体レーザであ
り、これは図示しないレーザ駆動回路により印字パター
ンに応じて高速度で点滅制御されるもので、そのレーザ
光４ａはシリンドリカルレンズ５を介してポリゴンミラ
ー３に照射されるようになっている。そして、ポリゴン
ミラー３によって反射されたレーザ光４ａはｆ−θレン
ズ６を介して感光ドラム７上に照射＝　５− されるようになっている。

さて、第１図に従って、駆動装置の構成について述べる
。８は駆動回路であり、これは多数例えば６個の゛ト導
体スイッチング素子たるＮＰＮ形のパワートランジスタ
９乃至１４を３相ブリツジ接続して＋１４成され、その
直流入力端ｒ１５Ｐ及び１５Ｎは一方に後述する電圧変
更手段たる電圧変更回路２４を介して直流電源１７の正
端子及び負端子に夫々接続され、交流出力端子１６Ａ、
１６Ｂ及び１６Ｃはブラシレスモータ１のステータのｌ
ｊｉ数１・目たる３相のモータコイルＩＡ、１Ｂ及びＩ
Ｃの各一方の端子に夫々接続されている。そして、モー
タコイル１Ａ、ＩＢ及び１Ｃの各他方の端子は共通に接
続されており、以て、３相のモータコイルＩＡ、ＩＢ及
び］Ｃはスター結線されている。

１８は直流電源］７の正端子及び負端子間に接続された
制御手段たるマ・ｒクロコンビュータテアリ、これは入
力ポート■１乃至Ｉ、及び出力ポートＱ、乃至Ｑ７を有
し、その内の６個の出力ポートＱ、乃至Ｑ６は前記パワ
ートランジスタ９乃至１４のベースに夫々接続されてい
る。１９は回転検出器であり、これはブラシレスモータ
１のロータとともに回転する永久磁石の磁性変化を検出
することにより出力端子から回転数に応じたパルス信号
を出力するようになっており、その一方の出力端子は減
算回路２０の負（−）入力端子に接続され、他方の出力
端子はマイクロコンピュータ１８の入力ポートＩ２に接
続されている。２１はクロックパルス発生回路であり、
これは設定回転数に応じたクロック信号を出力端子から
出力するようになっており、その出力端子は前記減算回
路２０の正（＋）入力端子に接続されている。減算回路
２０は正（＋）入力端子に与えられるクロック信号から
負（−）入力端子に与えられるパルス信号を減算してそ
の偏差信号を出力端子から出力するようになっており、
その出力端子は増幅回路２２を介してマイクロコンピュ
ータ１８の入力ポート■１に接続されている。

而して、同第１図において、２３Ａ、２３Ｂ及び２３Ｃ
は３相のモータコイルＩＡ、ＩＢ及び１Ｃに夫々対応す
る３個のコンデンサであり、これらは例えば１０μＦの
容量を有するもので、その各一方の端子は交流出力端子
１６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃに接続され、各地ｈ゛の端子
は直流入力端子１．５Ｎに即ちパワートランジスタコ２
乃至１４の各エミッタに接続されている。そして、マイ
クロコンピュータ１８の入力ポートＩ、、Ｉ４及びＩ５
はパワートランジスタ１２．１３及び１４の各コレクタ
に夫々接続されている。

さて、電圧変更回路２４について述べる。２５はスイッ
チング素子たるＮＰＮ形のトランジスタであり、そのコ
レクタは直流電源１７の正端子に接続され、エミッタは
直流入力端子１５Ｐに接続され、ベースはマイクロコン
ピュータ１８の出力ポートＱ７に接続されている。そし
て、このトランジスタ２５のコレクタ、エミッタ間には
ダイオード２６が接続され、このダイオード２６に並列
に抵抗器２７が接続されている。

次に、本実施例の作用につき第２図及び第３図をも参照
しながら説明する。

先ず、ブラシレスモータ１の通常の動作を述べる。

マイクロコンピュータ１８は出力ポートＱ１乃至Ｑ６か
ら第２図で示すようにハイレベルのベース信号Ｂ１乃至
Ｂ６を順次出力するようになっており、これらはパワー
トランジスタ９乃至１４のベースに夫々与えられて、該
パワートランジスタ９乃至］４は飽和領域でオンオフ制
御されるようになっている。そして、パワートランジス
タ９乃至１４のオンオフによりモータコイルＩＡ乃至Ｉ
Ｃが通断電制御され、以て、モータコイルｌＡ１５至Ｉ
Ｃが回転磁界を発生してロータを回転させる。

ここで、例えば、モータコイルＩＡについて考えてみる
。先ず、マイクロコンピュータ１８が出力ポートＱ、及
びＱ、から第２図（ａ）及び（ｅ）で示すようにベース
信号Ｂ１及びＢ５を出力することによって、パワートラ
ンジスタ９及び１３がオンし、直流電源１７．トランジ
スタ２５．パワートランジスタ９．モータコイルＩＡ、
モータコイルＩＢ、パワートランジスタ］３及び直流電
源１７の経路でモータコイル１Ａに通電される。その後
、マイクロコンピュータ１８の出力ポートＱ、からベー
ス信号Ｂ５が出力されなくなって、パワートランジスタ
１３がオフし、代りに、出カポ−ＩＱ６から第２図（０
で示すようにベース信号Ｂゎか出力されて、パワートラ
ンジスタ１４がオンする。従って、今度は、直流電源・
１７．トランジスタ２５．パワートランジスタ９．モー
タコイルＩＡ、モータコイルＩＣ，パワートランジスタ
１４及び直流電源１７の経路でモータコイルＩＡに通電
される。第２図から明らかなように、他のモータコイル
１Ｂ及びＩＣについても同様であり、モータコイルＩＡ
乃至ＩＣは２相同時通電により回転磁界を発生するよう
になる。そして、マイクロコンピュータ１８は、入力ポ
ート１１に偏差信号が与えられると、その偏差信号に基
づいてその偏差信号が零となるようなベース信号の幅を
演算し、その演算結果によるベース信号Ｂ１乃至Ｂ６を
出力ポートＱ１乃至Ｑ６から出力し、以て、ブラシレス
モータ１の回転即ちロータの回転が設定回転数になるよ
うにフィードバック制御するものである。

ところで、モータコイルＩＡ乃至ＩＣの通電切換え時に
はこれらにスイッチングサージたる誘起電圧が発生する
ものであり、これはコンデンサＩＡ乃至ＩＣによって吸
収される。

ここで、例えば、モータコイルＩＡについて考えてみる
。マイクロコンピュータ１８の出力ポートＱ、からベー
ス信号Ｂ１が出力されなくなって、パワートランジスタ
９がオフすると、代りに、出力ポートＱ２から第２図（
ｂ）で示すようにベース信号Ｂ２が出力され、パワート
ランジスタ１０がオンする。そして、パワートランジス
タ９のオフによりモータコイルＩＡの順方向への通電が
切られると、該モータコイルＩＡには電源電圧とは逆方
向に誘起電圧が発生する。これにより、モータコイルＩ
Ａ、コンデンサ２３Ａ、直流電源１７゜トランジスタ２
５．パワートランジスタ１０．モータコイルＩＢ及びモ
ータコイルＩＡの経路でコンデンサ２３Ａの充電回路が
形成され、以て、モ一タコイル１Ａのスイッチングサー
ジ即ち誘起電圧の吸収が行なわれる。その後、マイクロ
コンピュータ１８が出力ポートＱ４から第２図（ｄ）で
示すようにベース信号Ｂ４を出力し、パワートランジス
タ１２がオンすると、パワートランジスタ１２を介して
コンデンサ２３Ａの放電回路が形成され、以て、コンデ
ンサ２．３　Ａの充電電荷が放電される。以上は、モー
タコイルＩＡのコンデンサ２３Ａによるスイッチングサ
ージの吸収及び放電について述べたものであるが、他の
モータコイルＩＢ並びにＩＣのスイッチングサージも同
様にしてコンデンサ２３Ｂ並びに２３Ｃによって吸収さ
れるものであり、そして、コンデンサ２３Ｂ並びに２３
Ｃの充電電荷はパワートランジスタ１３並びに１４を介
して放電される。

さて、ブラシレスモータ１の起動時の動作について述べ
る。

マイクロコンピュータ１８は起動時に第３図に示すよう
に出力ポートＱ７からハイレベルのベース信号Ｂ７を出
力する。これにより、電圧変更口路２４のトランジスタ
２５かオンし、このトランジスタ２５を介して直流電源
１７の全電圧が駆動回路８の直流入力端子１５Ｐ、１５
Ｎ間に供給される。そして、マイクロコンピュータ１８
は前述同様に出力ポートＱ、乃至Ｑ６から第２図に示す
ようにベース信号Ｂ１乃至Ｂ６を出力するようになるの
で、ブラシレスモータ１が回転起動される。

ブラシレスモータ１の回転起動時にはモータコイル］Ａ
乃至１Ｃの誘起電圧が小であるので、大きな起動電流が
流れてパワートランジスタ１２乃至１４が活性化領域に
入ろうとするが、この場合、マイクロコンピュータ１８
は次のように動作する。

即ち、マイクロコンピュータ１８は、入カポ−）１３．
Ｉ４及びＩ５においてパワートランジスタ１２．１３及
び１４のコレクタ、エミッタ間電圧を検出しており、そ
の検出電圧が例えば上限設定値（例えば２Ｖ）以上とな
ると、第３図に示すように出カポ−）　Ｑ　７からのベ
ース信号Ｂ７の出力を停止する。これにより、電圧変更
回路２４のトランジスタ２５がオフして、直流電源１７
の正端子と駆動回路８の直流入力端子１．５　Ｐとの間
に抵抗器２７が接続されるようになり、以て、抵抗器２
７の分担骨だけ駆動回路８に対する供給直流電圧が低く
変更される。従って、ブラシレスモータ］の起動電流は
前述よりも抑制され、パワートランジスタ１２乃至１４
のコレクタ、エミッタ間電圧が下降してくる。そして、
その電圧か下限設定値（例えばＩＶ）以下となると、マ
イクロコンピュータ１８は再び出力ポートＱ７からベー
ス信号Ｂ７を出力するようになり、以下、同様の動作を
繰返すようになる。

マイクロコンピュータ１８は、入力ポートＩ２において
速度検出器１つからのパルス信号を受けてブラシレスモ
ータ１の回転速度を検出しており、ブラシレスモータ１
の回転速度が定常回転数（例えば１’　１０００ｒ、ｐ
、ｎ＋　）の約１／２程度になった時に、第３図に示す
ように出力ポートＱ７からベース信号Ｂ７を連続して出
力するようになる。従って、これ以降は、電圧変更回路
２４のトランジスタ２５は連続的にオンして抵抗器２７
を短絡することになり、駆動回路８には直流電源１７の
全電圧が加えられるようになる。即ち、ブラシレスモー
タ１が定常回転の約１／２程度になった時には、モータ
コイルＩＡ乃至ＩＣの誘起電圧も大となって、起動電流
も小に抑制されるようになるものであり、従って、ここ
からは直流電源１７の全電圧を印加してブラシレスモー
タ１を加速する。

このような本実施例によれば、次のような効果を得るこ
とができる。即ち、ブラシレスモータ１の起動時には、
電圧変更回路２４により駆動回路８に対する供給電圧が
パワートランジスタ１２乃至１４が活性化領域に入らな
いように小さく変更するようにしたので、起動電流を抑
制し得て、パワートランジスタ１２乃至１４の熱損失を
少なくなし得、従って、大きな放熱フィンを用いる必要
がなくて、全体として小形化を図ることができ、安価に
製作することができ、駆動装置をＩＣチップ化する場合
に極めて有利である。更に、前述したように、パワート
ランジスタ１２乃至１４が活性化領域でスイッチング動
作しないことから、ブラシレスモータ１のモータコイル
ＩＡ乃至ＩＣによる回転磁界が安定するようになり、従
って、起動時に回転磁界の乱れによる電磁音の発生も防
止できる。

尚、上記実施例では、マイクロコンピュータ１８は回転
検出器１９からのパルス信号によりブラシレスモータ１
の回転速度を検出するようにしたが、代りに、第５図で
示す本発明の第２の実施例のように、駆動回路８の直流
入力端子１５Ｎと直流電源１７の負端子との間に抵抗器
２８を接続して、この抵抗器２８の端子間電圧を検出す
ることによってブラシレスモータ１の回転速度を間接的
に検出するようにしてもよい。

又、上記実施例では、マイクロコンピュータ１８により
ブラシレスモータ１の回転速度を検出してこれが定常回
転数の約１／２になった時に抵抗器２７を連続的に短絡
無効化するようにしたが、代りに、起動から所定時間後
に短絡無効化するようにタイマー制御するようにしても
よい。具体的には、ブラシレスモータ１の定常回転数が
１１０００　ｒ、ｐ、ｎ＋の場合に起動時間は約８秒で
あってその約１／２の回転数には３秒程度かかることか
ら、上述の所定時間は例えば３秒に設定すればよいこと
になる。

その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ限
定されるものではなく、例えばレーザビームプリンタの
ポリゴンミラー駆動用のブラシレスモータに限らず、複
数相のモータコイルを有するモータ全般に適用し得る等
、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得るこ
とは勿論である。

［発明の効果］ 本発明のモータの駆動装置は以上説明したように、駆動
回路の半導体スイッチング素子が活性化領域に入らない
ように起動電流を抑制するようにしたので、半導体スイ
ッチング素子の熱損失を少なくし得て、小形■つ安価に
製作することができ、又、起動時の回転磁界を安定し得
て、電磁音の発生も防止し得るという優れた効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

第１図乃至第４図は本発明の第１の実施例を示し、第１
図は駆動装置の電気的構成図、第２図及び第３図は作用
説明用のタイムチャート、第４図はレーザビームプリン
タの概略的構成図であり、そして、第５図は本発明の第
２の実施例を示す第１図相当図である。 図面中、１はブラシレスモータ（モータ）、１Ａ乃至］
Ｃはモータコイル、３はポリゴンミラー、８は駆動回路
、９乃至１４はパワートランジスタ（半導体スイッチン
グ素子）、１８はマイクロコンピュータ（制御手段）、
１９は回転検出器、２０は減算回路、２１はクロック信
号発生回路、２３Ａ乃至２３Ｃはコンデンサ、２４は電
圧変更回路（電圧変更手段）、２７は抵抗器を示す。 代理人　　弁理士　佐　　藤　　　強

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、直流電源と、多数の半導体スイッチング素子により
   構成された駆動回路と、この駆動回路と前記直流電源と
   の間に設けられ該駆動回路に対する供給電圧を変更する
   ための電圧変更手段と、前記駆動回路の半導体スイッチ
   ング素子をオンオフさせることによりモータの複数相の
   モータコイルを通断電制御し該モータの起動時には前記
   電圧変更手段を制御して前記半導体スイッチング素子が
   活性化領域に入ることを防止するように前記駆動回路に
   対する供給電圧を変更させる制御手段とを具備してなる
   モータの駆動装置。