JPH07222480A - 電動機の速度制御装置及びこの速度制御装置により制御される電動機を備えた事務機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 回転速度の切り換えや周囲温度変化による負
荷トルクの変化があっても電動機を目的の回転速度に安
定に制御する。 【構成】 負荷トルクが変化して駆動電流が変化すると
電流検出装置２７がこれれを検出して演算増幅器１９の
非反転入力端子に与える動作基準電圧レベルを変え、電
動機駆動電圧の制御を補助するように作用するので、回
転速度の切り換えや周囲温度変化による負荷の変化があ
っても、電動機を目的の回転速度に安定に制御すること
ができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電動機の速度制御装置及
びこの制御装置により速度制御される電動機を備えた事
務機器に係り、特に、速度切り換えや周囲温度の変化に
よって負荷トルクに大きな変化があっても所定の回転速
度を安定に保つための電動機の速度制御に関する。

【０００２】

【従来の技術】電動機の回転速度を制御する速度制御装
置は、電動機の回転速度検出信号と速度基準信号の位相
を比較して位相制御信号を出力する位相比較手段と、速
度基準信号と速度検出信号の周期を比較して速度制御信
号を出力する速度比較手段と、前記位相制御信号と速度
制御信号とを加算して得た制御信号で電動機駆動電圧
（電流）を制御する駆動制御回路手段を備えている。

【０００３】この速度制御装置は、負荷トルクの大きさ
が変化した場合には位相制御信号の電圧レベルを変化さ
せることにより駆動（負荷）電流を増減させてこの負荷
トルクの変化を吸収することにより回転速度を所定の値
に維持するように作用する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、負荷トルク
が軸受の粘性摩擦損や風損等で瞬間的な変動が小さい電
動機では、回転むらを小さくするために制御装置のゲイ
ンをできるだけ小さく設定するが、このような制御装置
では、周囲温度の変化による軸受の粘性摩擦負荷トルク
の変化もしくは回転速度切り換えによる軸受の粘性摩擦
負荷トルク，ヒステリシス損及び風損等の負荷トルクの
変化が発生すると、回転むらを小さくする目的で小さく
設定した前記ゲインが禍して負荷トルクの変化に対応で
きず、安定した同期制御状態にできなくなり、同期はず
れ状態になって安定した速度制御ができなくなるという
問題点があった。

【０００５】以上のように従来の電動機の速度制御装置
は、小さな回転むらで回転することが望ましい電動機の
回転速度制御のためにゲインを小さく設定すると、回転
速度の切り変えや周囲の温度変化等によって電動機の負
荷トルクが変化したときに該電動機の回転速度を目的値
に安定に制御することができなくなる問題があった。

【０００６】本発明の目的は、回転速度の切り換えや周
囲温度変化による負荷トルクの変化があっても、電動機
を目的の回転速度に安定に制御することができる電動機
の速度制御装置及びこの速度制御装置により制御される
電動機を使用した事務機器を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電動機の回転
速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する速度検
出手段と、所定の速度基準信号を発生する基準信号発生
手段と、前記速度基準信号と速度検出信号の位相を比較
して位相制御信号を発生する位相比較手段と、前記速度
基準信号と速度検出信号の周期を比較して速度制御信号
を発生する速度比較手段と、前記位相制御信号及び速度
制御信号に応じて電動機駆動電圧を制御する駆動制御回
路手段とを備えた電動機の速度制御装置において、前記
電動機の負荷電流を検出する負荷電流検出装置と、その
検出量に応じて前記駆動制御回路手段の動作基準電圧を
変えることにより前記位相比較手段の同期はずれを防止
する負荷電流補正手段を設けたことを特徴とする。

【０００８】また、発明は、複写あるいは印字部と、こ
の複写あるいは印字部にレーザ光を掃引するポリゴンミ
ラーを駆動するポリゴンミラー駆動電動機と、このポリ
ゴンミラー駆動電動機を制御する電動機制御回路とを備
えた事務機器において、前記電動機制御回路に、電動機
の回転速度に比例した周波数の速度検出信号を発生する
速度検出手段と、所定の速度基準信号を発生する基準信
号発生手段と、前記速度基準信号と速度検出信号の位相
を比較して位相制御信号を発生する位相比較手段と、前
記速度基準信号と速度検出信号の周期を比較して速度制
御信号を発生する速度比較手段と、前記位相制御信号及
び速度制御信号に応じて電動機駆動電圧を制御する駆動
制御回路手段と、前記電動機の負荷電流を検出する負荷
電流検出装置と、その検出量に応じて前記駆動制御回路
手段の動作基準電圧を変えることにより前記位相比較手
段の同期はずれを防止する負荷電流補正手段を設けたこ
とを特徴とする。

【０００９】

【作用】電動機の負荷トルクが増加すると該電動機は目
標の回転速度よりも低下し、速度制御装置は、電動機駆
動（負荷）電流を増加するために速度制御信号及び位相
制御信号を上昇させ、電動機駆動電圧を増加させる。増
加した電動機の負荷電流は負荷電流検出装置によって検
出されて駆動制御回路手段の動作基準電圧レベルを変え
る。電動機の回転速度が目標の回転速度に復帰すると速
度制御信号が元の電圧レベルに復帰し、動作基準電圧レ
ベルも元の電圧レベルに近いレベルに復帰する。

【００１０】

【実施例】図１は、本発明になる電動機の速度制御装置
を適用した直流無刷子電動機の速度制御装置のブロック
図である。この直流無刷子電動機の永久磁石回転子は８
極に着磁されている。

【００１１】図１において、磁気検出素子１，２，３
は、回転子４を構成する８極に着磁された永久磁石の磁
束を検出し、検出磁束に応じた検出信号を分配器５に与
える。この分配器５は、前記磁気検出素子１〜３からの
検出信号を受けて駆動装置６に駆動指令信号を与える。
この駆動装置６は、前記分配器５から与えられる駆動指
令信号に応じて、電源７から駆動コイル８，９，１０に
駆動電圧（電流）を供給する。

【００１２】回転子４は、着磁された８極の永久磁石の
磁束と駆動コイル８〜１０が発生する磁界とでトルクを
発生して回転する。

【００１３】速度センサ１１は、前記回転子４の永久磁
石から作用する磁束が該回転子４の回転に伴って変化す
るのに応動して、直流無刷子電動機の速度に比例した周
波数の速度検出信号１２を発生して増幅器１３に与え
る。この増幅器１３は速度検出信号１２を増幅した速度
検出信号１４を制御信号発生装置１５に与える。

【００１４】この制御信号発生装置１５には発信器１６
からクロック信号が与えられ、入力されたクロック信号
を内部で分周して速度制御および位相制御のための基準
信号を作成する。また、この制御信号発生装置１５は、
この基準信号と前記速度検出信号１４の位相差を比較
し、その位相差に応じた電圧レベルの位相制御信号を出
力する位相制御回路を内蔵する。この位相制御回路の出
力信号すなわち位相制御信号２４は、この制御信号発生
装置１５の出力端子Ｐに出力される。更に、この制御信
号発生装置１５は、前記基準信号と速度検出信号１４の
速度差を比較し、その速度差に応じた電圧レベルの速度
制御信号を出力する速度制御回路を内蔵する。この速度
制御回路の出力信号すなわち速度制御信号２５は、この
制御信号発生装置１５の出力端子Ｆに出力される。

【００１５】出力端子Ｐには抵抗器１７の一端が接続さ
れ、出力端子Ｆには抵抗器１８の一端が接続され、この
抵抗器１７，１８の他端が共通に接続された状態で演算
増幅器１９の反転入力端子に接続される。

【００１６】この演算増幅器１９の非反転入力端子には
抵抗器２０を介して基準電圧が与えられ、出力端子と反
転入力端子の間には抵抗器２１が接続される。そして、
この演算増幅器１９の出力端子は比較器２２の非反転入
力端子に接続される。

【００１７】この比較器２２の反転入力端子には三角波
発生器２３の出力信号である三角波状の電圧が印加さ
れ、その結果、この比較器２２は演算増幅器１９の出力
信号の電圧レベルに応じたデューティの矩形波状信号電
圧２６を出力する。

【００１８】矩形波状信号電圧２６は前記駆動装置６に
印加され、駆動コイル８〜１０に流す駆動電流のデュー
ティが、この矩形波状信号電圧２６により制御される電
動機駆動電圧のデューティにより決定される。

【００１９】一方、電流検出装置２７は、駆動装置６か
ら出力されて駆動コイル８〜１０にながれる駆動（負
荷）電流を検出し、抵抗器２８の一端の電位をその検出
値に比例して下降させる。この抵抗器２８の他端は、前
記演算増幅器１９の非反転入力端子に接続される。

【００２０】ここで、前記制御信号発生装置１５は、速
度基準信号と速度検出信号１４との位相差をＤ／Ａ変換
して出力端子Ｐに出力する位相制御信号２４を、図２に
示すように、線形に変化させるように機能し、出力端子
Ｆに出力する速度制御信号２５を、図３に示すように、
速度検出信号１４の周波数が一定値以下の領域でハイ
（Ｈ）レベルの固定値にし、一定値以上の領域でロー
（Ｌ）レベルの固定値にし、特定の領域内でＤ／Ａ変換
して線形に変化させるように機能する。

【００２１】図４は、この直流無刷子電動機の回転速度
Ｓ―負荷（出力）トルクＴ―駆動（負荷）電流Ｉカーブ
を示している。直流無刷子電動機の回転速度Ｓは、電動
機単体の特性としては、破線で示す特性のように、負荷
トルクＴが０の場合に最高回転速度Ｎ０となり、負荷ト
ルクＴの増加に従ってほぼ線形に低下する。この直流無
刷子電動機の回転速度を速度制御装置によりＮｆに制御
すると、実線で示す特性のように、負荷トルクＴがＴｍ
ａｘとなるまで回転速度Ｎｆを保ち、Ｔｍａｘ以上の負
荷トルクＴが印加される領域では、単体の特性と同じく
ほぼ線形に回転速度が低下する。また、直流無刷子電動
機には、負荷トルクＴに略比例した駆動電流を流し込む
ことが必要になる。

【００２２】ここで、直流無刷子電動機の回転速度を目
標の一定値に保つように負荷トルクＴの変化に追従した
駆動電流を流し込むためには、制御信号発生装置１５
は、出力端子Ｐから出力する位相制御信号２４の値を変
化させることが必要であるが、その負荷トルクＴ―位相
制御信号電圧Ｖｐ（位相制御信号２４の電圧）特性が、
図５に示すように、負荷トルクＴが０からＴｍａｘに変
動するとＬ１からＨ１へ大きく変化する特性であると、
直流無刷子電動機の特性のばらつきや制御装置の特性の
ばらつきによっては同期整定しようとするときの位相制
御信号電圧Ｖｐが０からＨの間に納まりきれず、回転が
不安定になる危険がある。

【００２３】これを防止するためには、ゲインを上げる
ことが一般的な対応策であるが、特に低回転むら特性を
要求されるポリゴンミラー駆動用電動機の制御装置にお
いては、ゲインを上げすぎると回転速度に周期的なうね
りが発生して回転むらが増加してしまうため、単純にゲ
インを上げる方法では、この問題を解決することができ
ない。

【００２４】本発明になる前記速度制御装置は、負荷ト
ルクＴが０からＴｍａｘに変動するような装置において
も、ゲインを大きく設定することなく、位相制御信号電
圧Ｖｐの変化を、図６に示すように、Ｌ２からＨ２の範
囲の小さな変化で対応させることが可能なように動作す
る。

【００２５】この動作を、図１からその一部を抜粋して
示した図７の制御系を参照して説明する。

【００２６】直流無刷子電動機に印加される負荷トルク
Ｔが増加して駆動電流が増加すると、電流検出装置２７
はこの駆動電流の増加を検知してその出力電位を下降さ
せる。この特性は、電流検出装置２７を反転増幅器等で
構成することで得ることができる。電流検出装置２７の
出力電位は抵抗器２８に与えられるが、この実施例の構
成では、電流検出装置２７の出力電位の下降により演算
増幅器１９の出力電位が下降し、この演算増幅器１９の
出力電圧の下降によって電動機駆動電圧のデューティが
大きくなって駆動電流が増加する。そのため、位相制御
信号電圧Ｖｐの変化に全面的に依存せずに負荷トルクＴ
の変動に対応する駆動電流制御を実現することができる
ようになり、ゲインを大きく設定することなく、負荷ト
ルクＴが０からＴｍａｘに変動したときの位相制御信号
電圧Ｖｐの変化を、図６に示すように、Ｌ２からＨ２の
間で小さく変化させることで対応させることが可能にな
る。

【００２７】なお、本発明になる速度制御装置は、制御
信号発生装置１５の後段に接続する演算増幅器１９を反
転増幅特性ではなく、非反転増幅特性で使用するように
変形しても同様な制御特性を得ることができる。

【００２８】図８は、この変形した速度制御装置のブロ
ック図である。図１に示した実施例と同一の構成手段に
は同一参照符号を付して説明を省略し、相違する点を中
心に説明する。

【００２９】制御信号発生装置１５の出力端子Ｐに接続
された抵抗器１７及び出力端子Ｆに接続された抵抗器１
８の他端は共通に接続した状態で演算増幅器１９の非反
転入力端子に接続される。この演算増幅器１９の反転入
力端子には抵抗器２０を介して基準電圧が与えられ、出
力端子と反転入力端子の間には抵抗器２１が接続され
る。電流検出装置２７は、駆動装置６から出力される駆
動電流を検出して抵抗器２８の一端にその検出値に比例
した電位を与え、該抵抗器２８を介して演算増幅器１９
の反転入力端子に与える電位を変える。

【００３０】この実施例の動作を、図８からその一部を
抜粋して示した図９の制御系を参照して説明する。

【００３１】直流無刷子電動機に印加される負荷トルク
Ｔが増加して駆動電流が増加すると、電流検出装置２７
はその駆動電流の増加を検知してその出力電位を下降さ
せる。この特性は、電流検出装置２７を反転増幅器等で
構成することで得ることができる。電流検出装置２７の
出力電位は抵抗器２８に与えられるが、この抵抗器２８
は電流検出装置２７から見た場合は反転増幅器の入力抵
抗となっているため、電流検出装置２７の出力電位の下
降により演算増幅器１９の出力電位は上昇する。この特
性は、駆動電流の検出量に応じて動作基準電圧を変える
ことにより、位相制御信号電圧Ｖｐの変化に全面的に依
存せずに負荷トルクＴの変動に対応する駆動電流制御を
実現することを可能にし、ゲインを大きく設定すること
なく、負荷トルクＴが０からＴｍａｘに変動したときの
位相制御信号電圧Ｖｐの変化を、図６に示すように、Ｌ
２からＨ２の間で小さく変化させることで対応させるこ
とが可能になる。なお、この実施例では、演算増幅器１
９の出力電位が上昇することによる比較器２２の矩形波
状出力信号電圧２６のデューティの変化で駆動電流が増
加するように駆動装置６を構成する。

【００３２】また、本発明の速度制御装置は、直流刷子
付き電動機の速度制御にも適用することができる。図１
０は、直流刷子付き電動機の速度制御装置のブロック図
であり、図１を参照して説明した直流無刷子電動機の速
度制御装置と同一の構成手段には同一の参照符号を付し
て説明を省略する。

【００３３】直流刷子付き電動機２９の一方の刷子３０
には電源７が接続され、他方の刷子３１には駆動装置３
２が接続される。この駆動装置３２は、直流刷子付き電
動機２９に印加する駆動電圧のデューティを同様に制御
して駆動電流を制御する。

【００３４】本発明になる速度制御装置は、制御信号発
生装置１５の出力端子Ｐに出力する位相制御信号電圧Ｖ
ｐの変化を小さく押えても大きな負荷トルクＴの変動に
対応することができるため、位相制御信号電圧Ｖｐを大
きく変化させなければ実現させることができなかった速
度切り換えが可能になる。

【００３５】図１１は、本発明になる４速切り換えを可
能とした直流無刷子電動機の速度制御装置のブロック図
である。図１に示した実施例と同一の構成手段には同一
の参照符号を付して説明を省略する。

【００３６】回転速度の基準となる周波数を発生する発
振器は、第１の発振器３３，第２の発振器３４，第３の
発振器３５及び第４の発振器３６で構成され、発信器３
３〜３６から出力されるクロック信号の周波数はこの直
流負刷子電動機の４つの制御目標回転速度において速度
センサ１１から出力される速度検出信号１２の周波数に
比例する。

【００３７】この４つの発振器３３〜３６は、その各出
力信号を選択器３７に入力するように接続され、２ビッ
トの速度指令信号３８による指令に応じてその１つが選
択されてクロック信号として制御信号発生装置１５に与
えられる。

【００３８】制御信号発生装置１５は、選択器３７で選
択して与えられた発振器の発振周波数を基準として、前
述した実施例と同様に、直流無刷子電動機を速度制御す
る制御信号を発生する。

【００３９】図１２は、本発明になる速度制御装置によ
り制御される電動機を使用してポリゴンミラーを駆動す
るプリンタもしくはファクシミリもしくは複写機等の事
務機器の縦断側面図である。システムコントローラ３９
はレーザ発光源４０の点滅を制御し、レーザ発光源４０
から発生するレーザ光をポリゴンミラー用電動機４１に
よって回転駆動されるポリゴンミラー４２にて偏向して
感光体ドラム４３を露光する。レーザ光に露光されて感
光体ドラム４３に形成された印刷パターンは転写ドラム
４４に転写され、現像装置４５によって現像されて可視
像となる。給紙トレイ４６に載置された記録紙４７は、
給紙ローラ４８により抽出及び搬送されて転写ドラム４
４から可視像が転写され、送紙ベルト４９により搬送さ
れて定着機５０で定着して機外に送り出される。

【００４０】なお、前記した実施例は電動機の駆動（負
荷）電流制御をＰＷＭ（パルス幅変調）方式とした例で
説明したが、ＰＡＭ方式（パルス振幅変調）としても同
様に実施することができる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、負荷トルクが変化して駆動電
流が変化すると駆動制御回路手段の動作基準電圧レベル
が変化して電動機駆動電圧の制御を補助するように作用
するので、回転速度の切り換えや周囲温度変化による負
荷の変化があっても、電動機を目的の回転速度に安定に
制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明になる直流無刷子電動機の速度制御装置
のブロック図である。

【図２】電動機の速度制御装置における位相制御信号の
出力特性である。

【図３】電動機の速度制御装置における速度制御信号の
出力特性である。

【図４】直流電動機の回転速度Ｓ―負荷トルクＴ―駆動
電流Ｉの相関特性である。

【図５】従来の速度制御装置における負荷トルクＴ―位
相制御信号電圧Ｖｐの相関特性である。

【図６】本発明になる速度制御装置における負荷トルク
Ｔ―位相制御信号電圧Ｖｐの相関特性である。

【図７】図１に示した速度制御装置の一部を抜粋した制
御系の動作説明用のブロック図である。

【図８】本発明になる直流無刷子電動機の速度制御装置
の他の実施例を示すブロック図である。

【図９】図８に示した速度制御装置の一部を抜粋した制
御系の動作説明用のブロック図である。

【図１０】本発明になる直流刷子付き電動機の速度制御
装置のブロック図である。

【図１１】本発明になる直流無刷子電動機の速度制御装
置の更に他の実施例を示すブロック図である。

【図１２】本発明になる速度制御装置により制御される
電動機を使用した事務機器の縦断側面図である。

【符号の説明】

１，２，３ 磁気検出素子 ４ 回転子 ６ 駆動装置 ８，９，１０ 駆動コイル １１ 速度センサ １２，１４ 速度検出信号 １５ 制御信号発生装置 １９ 演算増幅器 ２２ 比較器 ２３ 三角波発生器 ２４ 位相制御信号 ２５ 速度制御信号 ２７ 電流検出装置 ２８ 抵抗器

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機の回転速度に比例した周波数の速
   度検出信号を発生する速度検出手段と、所定の速度基準
   信号を発生する基準信号発生手段と、前記速度基準信号
   と速度検出信号の位相を比較して位相制御信号を発生す
   る位相比較手段と、前記速度基準信号と速度検出信号の
   周期を比較して速度制御信号を発生する速度比較手段
   と、前記位相制御信号及び速度制御信号に応じて電動機
   駆動電圧を制御する駆動制御回路手段とを備えた電動機
   の速度制御装置において、 前記電動機の負荷電流を検出する負荷電流検出装置と、
   その検出量に応じて前記駆動制御回路手段の動作基準電
   圧を変えることにより前記位相比較手段の同期はずれを
   防止する負荷電流補正手段とを備えたことを特徴とする
   電動機の速度制御装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記基準信号発生手
   段は、速度基準信号を切り換えて電動機の回転速度を切
   り換えることを特徴とする電動機の速度制御装置。
3. 【請求項３】 複写あるいは印字部と、この複写あるい
   は印字部にレーザ光を掃引するポリゴンミラーを駆動す
   るポリゴンミラー駆動電動機と、このポリゴンミラー駆
   動電動機を制御する電動機制御回路とを備えた事務機器
   において、 前記電動機制御回路は、電動機の回転速度に比例した周
   波数の速度検出信号を発生する速度検出手段と、所定の
   速度基準信号を発生する基準信号発生手段と、前記速度
   基準信号と速度検出信号の位相を比較して位相制御信号
   を発生する位相比較手段と、前記速度基準信号と速度検
   出信号の周期を比較して速度制御信号を発生する速度比
   較手段と、前記位相制御信号及び速度制御信号に応じて
   電動機駆動電圧を制御する駆動制御回路手段と、前記電
   動機の負荷電流を検出する負荷電流検出装置と、当該付
   加電流検出装置によって検出された負荷電流の検出量に
   応じて前記駆動制御回路手段の動作基準電圧を変えるこ
   とにより前記位相比較手段の同期はずれを防止する負荷
   電流補正手段とを備えたことを特徴とする事務機器。