JPH04165990A - 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
タ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タとしては、高速度で且つ安
定な回転状態のものが要求されており、最近では、６０
００　ｒ、ｐ、ｍ〜１２００　Ｏｒ、ｐ、ｍの高速度で
且つ０．０２％程度の速度変動率（ジッタ）のものが要
望されている。

面して、ブラシレスモータの駆動装置は、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。

ところで、ブラシレスモーフの回転精度を左右する要因
の一つとして回転磁界の安定性があり、回転磁界の安定
化を図るためにはモータコイルにその通電切換え時に発
生するスイッチングサージを効果的に吸収する必要があ
る。

このため、従来では、３相のモータコイルに夫々対応し
てコンデンサを設けて、このコンデンサにより対応する
モータコイルのスイッチングサージを吸収させ、そして
、コンデンサにより吸収された充電電荷を駆動回路のパ
ワートランジスタを介して放電させるようにしている。

（発明が解決しようとする課題） 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、コンデンサの充電電
荷がパワートランジスタを介して放電されると、放電電
流はパワートランジスタの最上限のコレクタ電流まで達
してそれ以上は流すことができなくなり、このため、パ
ワートランジスタのコレクタ、エミッタ間電圧がコンデ
ンサの端子間電圧と等しくなって、該パワートランジス
タが活性化領域に入るようになり、従って、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の安定性が過度的に大きく崩れ、
要望される速度変動率が得られなくなる問題があった。

又、サージ吸収用のコンデンサとしては１０μＦ程度の
容量のものが用いられているが、このような容量のコン
デンサを従来のように各相のモータコイル毎に設けるよ
うにしたのでは、コンデンサ数が多くなり、全体として
大形化し、又、高価となる問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は
、回転磁界の安定化を図り得て、回転精度をよくするこ
とができ、小形にして安価になし得るモータの駆動装置
を提供するにある。

［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
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する制御手
段を設け、１個のサージ吸収用コンデンサを設け、前記
制御手段によって制御され前記モータコイルの通電切換
えの都度そのモータコイルに生ずるスイッチングサージ
を吸収させるべく前記コンデンサの充電回路を形成する
とともに通電切換え後次の通電切換えの前に前記コンデ
ンサの放電回路を形成するスイッチング回路を設ける構
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、コンデンサはスイ
ッチング回路によって駆動回路の半導体スイッチング素
子とは無関係に放電回路が形成されるので、半導体スイ
ッチング素子が放電電流のために活性化領域に入るよう
なことはなくなり、従って、半導体スイッチング素子の
スイッチング＝　５− 動作が完全になって、モータコイルによる回転磁界が安
定するようになり、又、スイッチング回路の作用により
サージ吸収用コンデンサは１個で済むようになる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例につき図面を参照しながら説明
する。

先ず、第３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
フであり、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個の半導体
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構成され、その直流入
力端子１５Ｐ及び１５Ｎは直流電源１７の正端子及び負
端子に夫々接続され、交流出力端子１６Ａ、１５ｆ３及
び１６Ｃはブラシレスモータ１のステータの複数相たる
３相のモータコイルＩＡ、ＩＢ及び１ｃ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ＩＡ、Ｉ
Ｂ及びＩＣ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１Ｃはスター結線されている。１８は直２ｉ１
５．Δ）；ｉ１７の止端子及び負端子間に接続された制
御手段たるマイクロコンピュータであり、これは８個の
出力ポートＱ１乃至Ｑ８を有し、その内の６個の出力ボ
ートＱ１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。１つは回転検出器であ
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が
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、その出力端子は減算回路２０の負（−）入力端子に
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（十）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タロツク信号か
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ＩＣに夫々対応す
る３個のダイオードであり、その各アノードは交流出力
端子１．６Ａ、１６Ｂ及び１６Ｃに接続され、各カソー
ドは共通に接続されて、その共通接続点は例えば１０μ
Ｆの容量を有する１個のコンデンサ２４の一方の端子に
接続されている。２５乃至２７はスイッチング回路２８
を構成するスイッチング素子たるトランジスタである。

この場合、ＮＰＮ形のトランジスタ２５においては、コ
レクタは前記コンデンサ２４の他方の端子に接続され、
エミッタは直流入力端子１５Ｎに即ちパワートランジス
タ１２乃至１４のエミッタに接続され、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、コレ
クタ、エミッタ間にはダイオード２９が接続されている
。又、ＰＮＰ形の！・ランジスタ２６においては、エミ
ッタは放電用抵抗器３０を介して、コンデンサ２４の一
方の端子に接続され、コレクタはトランジスタ２５のコ
レクタに接続されている。そして、ＮＰＮ形のトランジ
スタ２７においては、コレクタは抵抗器３１を介してト
ランジスタ２６のベースに接続され、エミッタは直流入
力端子１．５Ｎに接続され、ベースは抵抗器３２を介し
てマイクロコンピュータ１８の出力ポートＱ８に接続さ
れている。

次に、本実施例の作用につき第２図をも参照しながら説
明する。

マイクロコンピュータ１８は出力ポートロ１乃−９＝ 至Ｑ６から第２図（ａ）乃至（ｆ）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１
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ＩＣが通断電制御され、以て、
モータコイルＩＡ乃至ＩＣ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を出力すると、パワートランジスタ９
及び１３かオンし、直流電源１７．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１３及び直流電源１７の経路でモータコイル１
Ａに通電される。その後（電気角π／３）、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Ｂ、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、出力ポートドＱ６から第２図（ｆ）で示すよ
うにベース信号Ｂ６が出力されて、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．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（ａ）乃至（ｆ）か
ら明らかなように、他のモータコイルＩＢ及び１Ｃにつ
いても同様であり、モータコイルＩＡ乃至１Ｃ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、入カポ−１−Ｉ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Ｂ、乃至Ｂ６を出力ポートＱ、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。

さて、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１個のコンデンサ２４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Ｑ１からベー
ス信号Ｂ、が出力されなくなってパワートランジスタ９
かオフする（電気角２π／３）若干前のタイミングで、
マイクロコンピュータ１８は出力ポートＱ７から第２図
（ｇ）で示すようにハイレベルのベース信号Ｂ７を出力
し、これによってトランジスタ２５がオンする。その後
、マイクロコンピュータ１８の出力ポートＱ１がらベー
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（電気角２π／３）、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ＩＡＯ
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。これによリ
、モータコイルＩＡ、ダイオード２３Ａ、コンデンサ２
４．トランジスタ２５．直流電源１７、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２４の充電回路が形成され、以て、モー
タコイルＩＡ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。

そして、マイクロコンピュータ１８の出力ポートＱ７か
らのゲート信号Ｂ７の出力は短時間で停止され、コンデ
ンサ２４によるスイッチングサージの吸収が完了する。

その後、マイクロコンピュータ］８が出力ポートＱ４か
ら第２図（ｄ）で示すようにベース信号Ｂ、を出力して
パワートランジスタ］２がオンする（電気角π）前に、
マイクロコンピュータ１８が出カポ−１−Ｑ、から第２
図（ｈ）で示すようにハイレベルのベース信号Ｂ８を短
時間たけ出力してトランジスタ２７をオンさせる。これ
により、トランジスタ２６がオンして、コンデンサ２４
．トランジスタ２６及び抵抗器３０の経路でコンデンサ
２４の放電回路が形成され、以て、コンデンサ２４の放
電電荷が放電される。

＝　１３− 以上は、モータコイル１Ａのコンデンサ２４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２４によって吸収される
ものであり、そして、コンデンサ２４の充電電荷はトラ
ンジスタ２６を介し且つ抵抗器３０を介して放電される
。

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、コンデンサ２４がモータコイルＩＡ
、ＩＢ及びＩＣのスイッチングサージを吸収した後、そ
のコンデンサ２４はトランジスタ２６及び抵抗器３０を
介して放電するようにしたので、放電電流はパワートラ
ンジスタ１２゜１３及び１４に流れることはなく、従っ
て、従来とは異なりパワートランジスタ１．２，１．３
及び］４は活性化領域に入ることなく飽和領域でオンす
ることになる。これにより、ブラシレスモータ］の回転
中はモータコイルＩＡ乃至］Ｃによる回転磁界が安定し
て、回転精度をよくすることができるものであり、例え
ば６０００　ｒ、ｐ、ｍ〜１２０〇Ｏｒ、ｐ、ｍの同速
度で且つ０．０２％程度の速度変動率のザ望を病ずこと
ができ、従って、高速度で旧つ高品質の印字が可能にな
る。更に、３相のモータコイル１Ａ乃至］Ｃに対して１
個のサージ吸収用コンデンサ２４を設けるだけで済むの
で、従来に比し全体として小形化を図り得、安価に製作
することかできる。しかも、前述したように、ブラシレ
スモータ１のモータコイル１Ａ乃至１Ｃによる回転磁界
か安定することによって、起動時に回転磁界の乱れによ
る電磁音の発生も防止し得、又、パワートランジスタ１
２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、熱損失も小さくなり、従って、駆動装置をＩＣチ
ップ化する場合にチップサイズも小にすることができ、
−層小形で安価に製作することができる。

尚、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一　　１５　− 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、モー
タコイルのスイッチングサージを吸収したコンデンサを
スイッチング回路を介して放電させるようにしたので、
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
ないように防止することができ、モータコイルによる回
転磁界の安定化を図ることができて、回転精度をよくす
ることができ、しかも、１個のサージ吸収用コンデンサ
で済むので、小形で安価にな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】

図面は本発明の一実施例を示し、第１図は駆動装置の電
気的構成図、第２図は作用説明用のタイムチャート、第
３図はレーザビームプリンタの概略的構成図である。 図面中、１はブラシレスモータ（モータ）、ＩＡ乃至Ｉ
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）、
１つは回転検出器、２０は減３皇回路、２１はクロック
に号発生回路、２３Ａ乃至２３Ｃはダイオード、２４は
コンデンサ、２８はスイッチング回路、３０は抵抗器を
示す。 代理人　　弁理士　佐　　藤　　　強 第　３　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　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
   ルを通断電制御する制御手段と、１個のサージ吸収用コ
   ンデンサと、前記制御手段によって制御され前記モータ
   コイルの通電切換えの都度そのモータコイルに生ずるス
   イッチングサージを吸収させるべく前記コンデンサの充
   電回路を形成するとともに通電切換え後次の通電切換え
   の前に前記コンデンサの放電回路を形成するスイッチン
   グ回路とを具備してなるモータの駆動装置。