JP2000069791A - モータの駆動装置 - Google Patents
モータの駆動装置Info
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- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/24—Arrangements for stopping
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- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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- H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
- H02P6/20—Arrangements for starting
Abstract
いて、待機時における無駄な電力消費を低減するととも
に、ノイズ等によるモータ制御部の待機時の誤動作を防
止して安全性および信頼性が高いモータの駆動装置を提
供する。 【解決手段】 主電源と該主電源より作られる制御用電
源により駆動制御され、起動停止制御を行う起動停止入
力とを備えたモータの駆動装置において、前記主電源と
制御用電源の間に第1の半導体スイッチング素子121
を備え、起動停止入力の起動指令・停止指令により前記
第1の半導体スイッチング素子121を導通状態・非導
通状態にして駆動装置への電力の供給・停止を行い、本
体からの起動停止信号でモータ制御部への制御用電源の
供給を停止し、待機状態での無駄な電力消費を低減する
とともに、ノイズ等によるモータ制御部の待機時の誤動
作を防止する。
Description
を図ったモータの駆動装置に関する。
や事務機器などの電気製品では待機時の消費電力低減が
課題となっている。机上計算では、製品の生涯消費電力
のうち、待機時の消費電力が稼動時の消費電力を上回る
例もあり、待機時の消費電力低減はきわめて重要であ
る。
り直ちに動作することが望まれるため、いわゆる待機状
態では、その装置に使用される部品に常に電源が供給さ
れ、各部品が不要な電力消費をしていることが多い。部
品の1つとしてモータの駆動装置を例にしてみると、通
常、モータは速度制御をしたり、起動停止信号により起
動停止をする場合は、入出力信号により駆動装置を駆動
・制御している。この入出力信号は半導体素子などのス
イッチング素子に接続されるが、いわゆる待機状態で
は、モータを駆動していなくてもモータ制御部や位置セ
ンサーなど駆動装置全体に電源が供給され、無駄な電力
を消費していることが多い。
の構成・動作について図8を参照して説明する。3相の
直流ブラシレスモータの駆動装置の構成で本発明と関係
ない部分については、一部省略している。図8に示すモ
ータの駆動装置は、入力部(V_IN)101、入力部(GND)
102、起動停止入力(ON/OFF)103、モータ制御部(I
C1)104、通電切り替え用スイッチング素子(IC2)10
5、レギュレータ(REG)106、ホール素子(H1)10
7、(H2)108、(H3)109、モータの巻線コイル(U)
110、(V)111、(W)112、バイアス抵抗(Rh1)1
13、(Rh2)114等を備えている。
には本体から主電源(Vcc)が供給される。主電源(Vcc)に
はレギュレータ(REG)106が接続され、レギュレータ
(REG)106により低電圧に変換された制御用電源(Va)
がモータ制御部(IC1)104やホール素子(H1)107、
(H2)108、(H3)109に供給される。モータ制御部(I
C1)104は速度制御回路や位置検出回路・通電切り替
え回路などモータの制御回路が構成されている。通電切
り替え用スイッチング素子(IC2)105は主電源(Vcc)と
モータの巻線コイル(U)110、(V)111、(W)112
の間に接続されている。本体から「起動指令」が入力さ
れると、ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)10
9の位置検出信号に従って、モータの巻線コイル(U)1
10、(V)111、(W)112への通電を切り替え、回転
磁界を発生させてモータを駆動する。
「起動指令」が出力されるまでのいわゆる待機状態では
以下の動作をする。 (1)本体のメインスイッチが入れられて主電源(Vcc)
が供給される。 (2)常時、制御用電源(Va)および主電源(Vcc)が駆動
装置の各素子に供給される。待機状態では、通電切り替
え用のスイッチング素子(IC2)105は通電を行わない
ため、モータは駆動されない。
やホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109やバ
イアス抵抗(Rh1)113、(Rh2)114などに一部電流が
流れて消費される。従来例の駆動装置では待機時の消費
電力は500〜2000mW程度になっている。本体から
「起動指令」が出力されると、モータ制御部(IC1)10
4はホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109の
位置検出信号に従って、モータの巻線コイル(U)11
0、(V)111、(W)112への通電を切り替え、回転磁
界を発生させてモータを駆動する。
は、待機時の消費電力が大きいだけでなく、待機時にモ
ータ制御部(IC1)に電源が供給されているためノイズ等
により誤動作する可能性がある。また、位置センサのホ
ール素子にも電源が供給されているために待機時にホー
ル素子が短絡故障を起こした場合は、より大きな電力を
無駄に消費するだけでなく、駆動回路の安全性・信頼性
という点でも好ましくない。
方法として、特開平6−6998号公報に記載された
「ブラシレスモータ駆動用ICとそれによる駆動回路」
がある。このものは、停止状態を検出する回路以外のス
イッチング素子をすべて停止させるというものである。
来例においては、単に、停止状態を検出する回路以外の
スイッチング素子をすべて停止させるだけであり、モー
タ制御部自体やホール素子にも電源が供給されており無
駄な電力を消費している。そこで本発明は、本体からの
起動停止信号でモータ制御部への制御用電源の供給を停
止し、いわゆる待機状態での無駄な電力消費を低減する
とともに、ノイズ等によるモータ制御部の待機時の誤動
作を防止して安全性および信頼性が高いモータの駆動装
置を提供することを課題とする。
から所定時間は制御用電源の出力を継続してモータの駆
動制御が可能で、かつ、待機状態での無駄な電力消費を
低減するとともに、ノイズ等によるモータ制御部の待機
時の誤動作を防止して安全性および信頼性が高いモータ
の駆動装置を提供することを課題とする。また、本体か
らの起動停止信号で位置検出素子(ホール素子)への電源
の供給を停止し、待機時に位置検出素子(ホール素子)の
短絡故障などが有ったとしても電源を供給させることな
く、安全性が高い、直流ブラシレスモータの駆動装置を
提供することを課題とする。
速・停止させることのできるモータの駆動装置を提供す
ることを課題とする。また、停止指令により急速に減速
・停止させることで、動圧力が低下する低速回転域を通
過する時間を短縮し、外部からの衝撃による軸受の損傷
を防止することができる動圧空気軸受を用いたモータに
適した駆動装置を提供することを課題とする。
上記課題を解決するため、主電源と該主電源より作られ
る制御用電源により駆動制御され、起動停止制御を行う
起動停止入力とを備えたモータの駆動装置において、前
記主電源と制御用電源の間に接続される第1の半導体ス
イッチング素子を備え、起動停止入力の起動指令により
前記第1の半導体スイッチング素子を導通状態にして駆
動装置への電力供給を行い、起動停止入力の停止指令に
より前記第1の半導体スイッチング素子を非導通状態に
して駆動装置への電力供給を停止することを特徴とする
ものである。
るため、主電源と該主電源より作られる制御用電源によ
り駆動制御され、起動停止制御を行う起動停止入力とを
備えたモータの駆動装置において、前記主電源と制御用
電源の間に接続される第1の半導体スイッチング素子
と、該第1の半導体スイッチング素子の制御入力に接続
される第2半導体スイッチング素子と、を備え、起動停
止入力の起動指令により前記第2の半導体スイッチング
素子を導通または非導通状態にすることで前記第1の半
導体スイッチング素子を導通状態にして駆動装置への電
力供給を行い、起動停止入力の停止指令により前記第2
の半導体スイッチング素子を非導通または導通状態にす
ることで前記第1の半導体スイッチング素子を非導通状
態にして駆動装置への電力供給を停止することを特徴と
するものである。
るため、主電源と該主電源より作られる制御用電源によ
り駆動制御され、起動停止制御を行う起動停止入力とを
備えたモータの駆動装置において、前記主電源と制御用
電源の間に接続される第1の半導体スイッチング素子
と、該第1の半導体スイッチング素子の制御入力に接続
される第2半導体スイッチング素子と、を備え、前記第
2の半導体スイッチング素子は電圧駆動型の半導体スイ
ッチング素子であって、該第2の半導体スイッチング素
子の制御入力部には、コンデンサと、該コンデンサへの
充電回路と、放電回路と、が接続され、該放電回路は第
3の半導体スイッチング素子を有し、起動停止入力の起
動指令により前記第3の半導体スイッチング素子を導通
状態にしてコンデンサの電荷を放電し、前記第2の半導
体スイッチング素子を非導通状態にすることで前記第1
の半導体スイッチング素子を導通状態にして駆動装置へ
の電力供給を行い、起動停止入力の停止指令により前記
第3の半導体スイッチング素子を非導通状態にしてコン
デンサを徐々に充電し、該停止指令より所定時間後に前
記第2の半導体スイッチング素子を導通状態にすること
で前記第1の半導体スイッチング素子を非導通状態にす
るタイマー付き待機時省電力回路を備えたことを特徴と
するものである。
るため、請求項1〜3のいずれか1項に記載のモータの
駆動装置において、前記モータは位置検出素子を備えた
直流ブラシレスモータであって、位置検出素子の電源は
前記制御用電源または前記第1の半導体スイッチング素
子の出力より供給されることを特徴とするものである。
るため、請求項3記載のモータの駆動装置において、起
動停止入力の停止指令により動作する減速回路を備えた
ことを特徴とするものである。請求項6記載の発明は、
上記課題を解決するため、請求項3記載のモータの駆動
装置において、前記モータは動圧空気軸受を用いたモー
タであることを特徴とするものである。
付図面を参照しつつ説明する。図1をもとに実施例1と
して、モータの駆動装置(回路図)の構成・動作を説明す
る。なお、実施例は3相の直流ブラシレスモータの駆動
装置であるが、本発明は各種制御ICにより駆動される
各種モータに利用できる。
_IN)101、入力部(GND)102、起動停止入力(ON/OF
F)103、モータ制御部(IC1)104、通電切り替え用
スイッチング素子(IC2)105、レギュレータ(REG)10
6、ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109、
モータの巻線コイル(U)110、(V)111、(W)11
2、バイアス抵抗(Rh1)113、(Rh2)114とともに、
第1の半導体スイッチング素子(Q1a)121、コンデン
サ(C1a)122、抵抗(R1a)123、(R2a)124等を備
えている。
1はPNP型のバイポーラトランジスタを使用してい
る。コンデンサ(C1a)122と抵抗(R1a)123はノイズ
フィルタ用のコンデンサと抵抗、抵抗(R2a)124はバ
イアス抵抗を示す。入力部(V_IN)101と入力部(GND)
102には本体から主電源(Vcc)が供給される。入力部
(V_IN)101には待機時省電力回路を構成する第1の半
導体スイッチング素子(Q1a)121が接続され、第1の
半導体スイッチング素子(Q1a)121にはレギュレータ
(REG)106が接続されている。レギュレータ(REG)10
6は主電源(Vcc)を低電圧に変換し、制御用電源(Va)を
モータ制御部(IC1)104やホール素子(H1)107、(H
2)108、(H3)109に供給する。
の「起動指令」および「停止指令」が供給される。起動
停止入力(ON/OFF)103はモータ制御部の起動停止入力
にも接続される。起動停止入力(ON/OFF)103は「起動
指令」で低インピーダンス状態(L)となり、「停止指
令」で高インピーダンス状態(H)となる。モータ制御部
(IC1)104は速度制御回路や位置検出回路・通電切り
替え回路などモータの制御回路が構成されている。通電
切り替え用スイッチング素子(IC2)105は主電源(Vcc)
とモータの巻線コイル(U)110、(V)111、(W)11
2の間に接続されている。「起動指令」が入力される
と、ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)10
9の位置検出信号に従って、モータの巻線コイル(U)1
10、(V)111、(W)112への通電を切り替え、回転
磁界を発生させてモータを駆動する。
体スイッチング素子(Q1a)121により構成され、本体
からの「起動指令」により第1の半導体スイッチング素
子(Q1a)121を導通状態にして、レギュレータ(REG)1
06への電力供給を行い、「停止指令」により第1の半
導体スイッチング素子(Q1a)121を非導通状態にし
て、レギュレータ(REG)106への電力供給を停止する
ように各素子が接続されている。
体から「起動指令」が出力されるまでの待機状態では、
以下の動作を行う。 (1)本体のメインスイッチが入れられて入力部(V_IN)
101、入力部(GND)102に主電源(Vcc)が供給され
る。 (2)起動停止入力(ON/OFF)103は高インピーダンス
状態(H)のため、第1の半導体スイッチング素子(Q1a)1
21の制御入力(ベース)が入力部(V_IN)101と略同電
位になり、第1の半導体スイッチング素子(Q1a)121
は非導通状態になる。
レータ(REG)106への電力供給が停止され、モータ制
御部(IC1)104やホール素子(H1)107、(H2)10
8、(H3)109に制御用電源(Va)が供給されない。よっ
て、待機時の消費電力を極めて小さくすることができ
る。本体から「起動指令」が出力されると以下の動作を
行う。
ンピーダンス状態(L)になるため、第1の半導体スイッ
チング素子(Q1a)121の制御入力(ベース)は入力部(V_
IN)101に対して低電位となり第1の半導体スイッチ
ング素子(Q1a)121が導通状態になってレギュレータ
(REG)106に電力供給を行い、モータ制御部(IC1)10
4やホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109に
制御用電源(Va)を供給する。
起動停止入力に「起動指令」が入力されるので、モータ
が駆動される。 以上のように実施例1のモータの駆動装置では、待機時
にモータの制御部に供給される電源自体を停止させるの
で、待機時の消費電力を極めて小さくすることができ
る。さらに、ノイズ等により誤動作することもない。ま
た、位置検出素子(ホール素子)にも電源が供給されない
ため、待機時にホール素子が短絡故障を起こしていたと
しても、無駄に消費することなく、駆動回路の安全性・
信頼性が高いモータの駆動装置とすることができる。
動装置(回路図)の構成・動作を説明する。図2に示すモ
ータの駆動装置は、入力部(V_IN)101、入力部(GND)
102、起動停止入力(ON/OFF)103、モータ制御部(I
C1)104、通電切り替え用スイッチング素子(IC2)10
5、レギュレータ(REG)106、ホール素子(H1)10
7、(H2)108、(H3)109、モータの巻線コイル(U)
110、(V)111、(W)112、バイアス抵抗(Rh1)1
13、(Rh2)114とともに、第1の半導体スイッチン
グ素子(Q1b)131、第2の半導体スイッチング素子(Q2
b)132、コンデンサ(C1b)133、抵抗(R1b)134、
(R2b)135、(R3b)136、(R4b)137等を備えてい
る。
(Q1b)131、(Q2b)132はNPN型のバイポーラトラ
ンジスタを使用している。コンデンサ(C1b)133と抵
抗(R1b)134はノイズフィルタ用の抵抗とコンデンサ
と抵抗、抵抗(R2b)135と(R3b)136はVccの分圧抵
抗、抵抗(R4b)137はバイアス抵抗を示す。入力部(V_
IN)101と入力部(GND)102には本体から主電源(Vc
c)が供給される。入力部(V_IN)101には待機時省電力
回路を構成する第1の半導体スイッチング素子(Q1b)1
31が接続され、第1の半導体スイッチング素子(Q1b)
131にはレギュレータ(REG)106が接続されてい
る。レギュレータ(REG)106は主電源(Vcc)を低電圧に
変換し、制御用電源(Va)をモータ制御部(IC1)104や
ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109に供給
する。
の「起動指令」および「停止指令」が供給される。起動
停止入力(ON/OFF)103はモータ制御部の起動停止入力
にも接続される。起動停止入力(ON/OFF)103は「起動
指令」で低インピーダンス状態(L)となり、「停止指
令」で高インピーダンス状態(H)となる。モータ制御部
(IC1)104は速度制御回路や位置検出回路・通電切り
替え回路などモータの制御回路が構成されている。通電
切り替え用スイッチング素子(IC2)105は主電源(Vcc)
とモータの巻線コイル(U)110、(V)111、(W)11
2の間に接続されている。「起動指令」が入力される
と、ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109の
位置検出信号に従って、モータの巻線コイル(U)11
0、(V)111、(W)112への通電を切り替え、回転磁
界を発生させてモータを駆動する。
体スイッチング素子(Q1b)131と第1の半導体スイッ
チング秦子(Q1b)の制御入力(ベース)に接続される第2
の半導体スイッチング素子(Q2b)132で構成され、本
体からの「起動指令」により第2の半導体スイッチング
素子(Q2b)132を非導通状態にすることで第1の半導
体スイッチング素子(Q1b)131を導通状態にしてレギ
ュレータ(REG)106への電力供給を行い、「停止指
令」により第2の半導体スイッチング素子(Q2b)132
を導通状態にすることで第1の半導体スイッチング素子
(Q1b)131を非導通状態にしてレギュレータ(REG)10
6への電力供給を停止するように各素子が接続されてい
る。
本体から「起動指令」が出力されるまでの待機状態で
は、以下の動作を行う。 (1)本体のメインスイッチが入れられて入力部(V_IN)
101、入力部(GND)102に主電源(Vcc)が供給され
る。 (2)第2の半導体スイッチング素子(Q2b)132の制
御入力(ベース)が接地(GND)に対して高電位となること
で第2の半導体スイッチング素子(Q2b)132が導通状
態になる。
素子(Q1b)131の制御入力(ベース)が低電位になり第
1の半導体スイッチング素子(Q1b)131は非導通状態
になる。 (4)したがって、待機状態では、レギュレータ(REG)
106に電源が供給されないのでモータ制御部(IC1)1
04やホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109
に制御用電源(Va)が供給されない。よって、消費電力は
抵抗(R2b)135、(R3b)136、(R4b)137と第2の
半導体スイッチング素子(Q2b)132に電流が流れるこ
とで消費されるだけである。抵抗(R2b)135、(R3b)1
36、(R4b)137の抵抗値を大きくして流れる電流を
小さくすることで待機時の消費電力を極めて小さくする
ことができる。
の動作を行う。 (5)起動停止入力(ON/OFF)103は低インピーダンス
状態(L)になるため、第2の半導体スイッチング素子(Q2
b)132の制御入力(ベース)は同電位になり、第2の半
導体スイッチング素子(Q2b)132が非導通状態にな
る。 (6)第1の半導体スイッチング素子(Q1b)131の制
御入力(ベース)は入力部(V_IN)101に対して高電位と
なり第1の半導体スイッチング素子(Q1b)131が導通
状態になってレギュレータ(REG)106に電力供給を行
い、モータ制御部(IC1)104やホール素子(H1)10
7、(H2)108、(H3)109に制御用電源(Va)を供給す
る。
起動停止入力に「起動指令」が入力されるので、モータ
が駆動される。図2のように第1の半導体スイッチング
素子(Q1b)131はバイポーラトランジスタなど電流駆
動型の素子も使用することができるが、大きな出力電流
を必要とする用途では制御入力(ベース)に電流を多く流
す必要があるため待機時に抵抗(R4b)137で消費する
電力が大きくなることもある。第1の半導体スイッチン
グ素子(Q1b)131としてFETなど電圧駆動型の素子を使
用すれば、消費電力を低減する効果が高い。同様に第2
の半導体スイッチング素子(Q2b)132も電圧駆動型の
素子を使用すれば、消費電力を低減する効果が高い。
では、待機時にモータの制御部に供給される電源自体を
停止させるので、待機時の消費電力を極めて小さくする
ことができる。さらに、ノイズ等により誤動作すること
もない。また位置検出素子(ホール素子)にも電源が供給
されないため、待機時にホール素子が短絡故障を起こし
ていたとしても、無駄に消費することなく、駆動回路の
安全性・信頼性が高いモータの駆動装置とすることがで
きる。
動装置(回路図)の構成・動作を説明する。図3に示すモ
ータの駆動装置は、入力部(V_IN)101、入力部(GND)
102、起動停止入力(ON/OFF)103、モータ制御部(I
C1)104、通電切り替え用スイッチング素子(IC2)10
5、レギュレータ(REG)106、ホール素子(H1)10
7、(H2)108、(H3)109、モータの巻線コイル(U)
110、(V)111、(W)112、バイアス抵抗(Rh1)1
13、(Rh2)114とともに、第1の半導体スイッチン
グ素子(Q1c)141、第2の半導体スイッチング素子(Q2
c)142、第3の半導体スイッチング素子(Q3c)14
3、コンデンサ(C1c)144、抵抗(R1c)145、(R2c)
146、(R3c)147、(R4c)148、(R5c)149、(R6
c)150、(R7c)151等を備えている。
1はPチャネル型のMOSFET、第2、第3の半導体スイッ
チング素子(Q2c)142、(Q3c)143はNチャネル型の
MOSFETを使用している。コンデンサ(C1c)144と抵抗
(R1c)145はノイズフィルタ用のコンデンサと抵抗、
抵抗(R2c)146と(R3c)147、抵抗(R4c)148と(R5
c)149はVccの分圧抵抗、抵抗(R6c)150、(R7c)1
51は分圧・バイアス抵抗を示す。
には本体から主電源(Vcc)が供給される。入力部(V_IN)
101には待機時省電力回路を構成する第1の半導体ス
イッチング素子(Q1c)141が接続され、第1の半導体
スイッチング素子(Q1c)141にはレギュレータ(REG)1
06が接続されている。レギュレータ(REG)106は主
電源(Vcc)を低電圧に変換し、制御用電源(Va)をモータ
制御部(IC1)104やホール素子(H1)107、(H2)10
8、(H3)109に供給する。
の「起動指令」および「停止指令」が供給される。起動
停止入力(ON/OFF)103はモータ制御部の起動停止入力
にも接続される。起動停止入力(ON/OFF)103は「起動
指令」で低インピーダンス状態(L)となり、「停止指
令」で高インピーダンス状態(H)となる。モータ制御部
(IC1)104は速度制御回路や位置検出回路・通電切り
替え回路などモータの制御回路が構成されている。通電
切り替え用スイッチング素子(IC2)105は主電源(Vcc)
とモータの巻線コイル(U)110、(V)111、(W)11
2の間に接続されている。「起動指令」が入力される
と、ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109の
位置検出信号に従って、モータの巻線コイル(U)11
0、(V)111、(W)112への通電を切り替え、回転磁
界を発生させてモータを駆動する。
チング素子(Q1c)141と第1の半導体スイッチング素
子(Q1c)141の制御入力(ゲート)に接続される第2の
半導体スイッチング素子(Q2c)142と、第2の半導体
スイッチング素子(Q2c)142の制御入力(ゲート)に接
続される第3の半導体スイッチング素子(Q3c)143で
構成され、本体からの「起動指令」により第2の半導体
スイッチング素子(Q2c)142を非導通状態にすること
で第1の半導体スイッチング素子(Q1c)141を導通状
態にしてレギュレータ(REG)106への電力供給を行
い、「停止指令」により第2の半導体スイッチング素子
(Q2c)142を導通状態にすることで第1の半導体スイ
ッチング素子(Q1c)141を非導通状態にしてレギュレ
ータ(REG)106への電力供給を停止するように各素子
が接続されている。
本体から「起動指令」が出力されるまでの待機状態で
は、以下の動作を行う。 (1)本体のメインスイッチが入れられて入力部(V_IN)
101、入力部(GND)102に主電源(Vcc)が供給され
る。 (2)第3の半導体スイッチング素子(Q3c)143の制
御入力(ゲート)が接地(GND)に対して高電位となること
で第3の半導体スイッチング素子(Q3c)143が導通状
態になる。
c)142の制御入力(ゲート)が接地(GND)に対して略同
電位となることで第2の半導体スイッチング素子(Q2c)
142が非導通状態になる。 (4)第1の半導体スイッチング素子(Q1c)141の制
御入力(ゲート)が入力部(V_IN)101に対して略同電位
になり第1の半導体スイッチング素子(Q1c)141は非
導通状態になる。
レータ(REG)106に電源が供給されないのでモータ制
御部(IC1)104やホール素子(H1)107、(H2)10
8、(H3)109に制御用電源(Va)が供給されない。よっ
て、消費電力は抵抗(R2c)146、(R3c)147、(R4c)
148と第3の半導体スイッチング素子(Q3c)143に
電流が流れることで消費されるだけである。抵抗(R2c)
146、(R3c)147、(R4c)148の抵抗値を大きくし
て流れる電流を小さくすることで待機時の消費電力を極
めて小さくすることができる。
の動作を行う。 (6)起動停止入力(ON/OFF)103は低インピーダンス
状態(L)になるため、第3の半導体スイッチング素子(Q3
c)143の制御入力(ゲート)が接地(GND)に対して略同
電位となることで第3の半導体スイッチング素子(Q3c)
143が非導通状態になる。
c)142の制御入力(ゲート)は接地(GND)に対して高電
位になり、第2の半導体スイッチング素子(Q2c)142
が導通状態になる。 (8)第1の半導体スイッチング素子(Q1c)141の制
御入力(ゲート)は入力部(V_IN)101に対して低電位と
なり第1の半導体スイッチング素子(Q1c)141が導通
状態になってレギュレータ(REG)106に電力供給を行
い、モータ制御部(IC1)104やホール素子(H1)10
7、(H2)108、(H3)109に制御用電源(Va)を供給す
る。
起動停止入力に「起動指令」が入力されるので、モータ
が駆動される。 以上のように実施例3のモータの駆動装置では、待機時
にモータの制御部に供給される電源自体を停止させるの
で、待機時の消費電力を極めて小さくすることができ
る。さらに、ノイズ等により誤動作することもない。ま
た位置検出素子(ホール素子)にも電源が供給されないた
め、待機時にホール素子が短絡故障を起こしていたとし
ても、無駄に消費することなく、駆動回路の安全性・信
頼性が高いモータの駆動装置とすることができる。
動装置(回路図)の構成・動作を説明する。図4に示すモ
ータの駆動装置は、入力部(V_IN)101、入力部(GND)
102、起動停止入力(ON/OFF)103、モータ制御部(I
C1)104、通電切り替え用スイッチング素子(IC2)10
5、レギュレータ(REG)106、ホール素子(H1)10
7、(H2)108、(H3)109、モータの巻線コイル(U)
110、(V)111、(W)112、バイアス抵抗(Rh1)1
13、(Rh2)114とともに、第1の半導体スイッチン
グ素子(Q1d)161、第2の半導体スイッチング素子(Q2
d)162、第3の半導体スイッチング素子(Q3d)16
3、コンデンサ(C1d)164、(C2d)165、抵抗(R1d)
166、(R2d)167、(R3d)168、(R4d)169、(R5
d)170、(R6d)171、(R7d)172、(R8d)173、
(R9d)174、(R10d)175等を備え、モータ制御部(IC
1)104は減速回路176を有している。
(Q1d)161、(Q2d)162はNチャネル型のMOSFET、第
3の半導体スイッチング素子(Q3d)163はPチャネル
型のMOSFETを使用している。抵抗(R6d)171はコンデ
ンサ(C1d)164の充電回路を、第3の半導体スイッチ
ング素子(Q3d)163および抵抗(R7d)172はコンデン
サ(C1d)164の放電回路をそれぞれ構成する。
には本体から主電源(Vcc)が供給される。入力部(V_IN)
101には待機時省電力回路を構成する第1の半導体ス
イッチング素子(Q1d)161が接続され、第1の半導体
スイッチング素子(Q1d)161にはレギュレータ(REG)1
06が接続されている。レギュレータ(REG)106は主
電源(Vcc)を低電圧に変換し、制御用電源(Va)をモータ
制御部(IC1)104やホール素子(H1)107、(H2)10
8、(H3)109に供給する。
の「起動指令」および「停止指令」が供給される。起動
停止入力(ON/OFF)103はモータ制御部の起動停止入力
にも接続されている。起動停止入力(ON/OFF)103は、
「起動指令」で低インピーダンス状態(L)となり、「停
止指令」で高インピーダンス状態(H)となる。モータ制
御部(IC1)104は速度制御回路や位置検出回路・通電
切り替え回路などモータの制御回路が構成されている。
通電切り替え用スイッチング素子(IC2)105は主電源
(Vcc)とモータの巻線コイル(U)110、(V)111、(W)
112の間に接続されている。「起動指令」が入力され
ると、ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109
の位置検出信号に従って、モータの巻線コイル(U)11
0、(V)111、(W)112への通電を切り替え、回転磁
界を発生させてモータを駆動する。待機時省電力回路の
主要部は、第1の半導体スイッチング素子(Q1d)161
と第1の半導体スイッチング素子(Q1d)161の制御入
力(ゲート)に接続される第2の半導体スイッチング素子
(Q2d)162と、第2の半導体スイッチング素子(Q2d)1
62の制御入力(ゲート)と接地の間に接続されるコンデ
ンサ(C1d)164と、そのコンデンサ(C1d)164への充
電回路(R6d)171と放電回路(R7d)172、(Q3d)16
3が接続され、その放電回路は第3の半導体スイッチン
グ素子(Q3d)163を備え、第2の半導体スイッチング
素子(Q2d)162は電圧駆動型の半導体スイッチング素
子(代表例としてはMOSFET:電界効果トランジスタ)で構
成され、本体からの「起動指令」により第3の半導体ス
イッチング素子(Q3d)163を導通状態にしてコンデン
サ(C1d)164の電荷を放電し、第2の半導体スイッチ
ング素子(Q2d)162を非導通状態にすることで第1の
半導体スイッチング素子(Q1d)161を導通状態にして
レギュレータ(REG)106への電力供給を行い、「停止
指令」により第3の半導体スイッチング素子(Q3d)16
3を非導通状態にして充電回路(R6d)171によりコン
デンサを徐々に充電し、「停止指令」より所定時間後に
第2の半導体スイッチング素子(Q2d)162を導通状態
にすることで第1の半導体スイッチング素子(Q1d)16
1を非導通状態にしてレギュレータ(REG)106への電
力供給を停止するように各素子が接続されている。
ッチング素子(IC2)105の構成を示す。3相の巻線コ
イル(U)110、(V)111、(W)112には主電源(Vcc)
側とGND側にそれぞれ1個ずつ、合計6個のスイッチン
グ素子が接続されている。それぞれのスイッチング素子
には逆方向に電流を流すダイオードが接続されている。
76が構成され、起動停止入力(ON/OFF)103と接続さ
れている。「停止指令」の時に減速回路176が働き、
「起動指令」のときはモータを駆動するよう接続されて
いる。減速回路176は起動停止入力(ON/OFF)103が
「停止指令」のときに、通電切り替え用スイッチング素
子(IC2)105の主電源(Vcc)側スイッチング素子3個を
非導通状態にし、GND側スイッチング素子3個を導通状
態にするように構成されている。通電切り替え用スイッ
チング素子(IC2)105を前記状態にすることで、ダイ
オードとともに3相の巻線コイル(U)110、(V)11
1、(W)112に流れる電流を回生消費させ、モータの
回転速度を急速に減速させることができる。
から「起動指令」が出力されるまでのいわゆる待機状態
では、以下の動作をする。 (1)本体のメインスイッチが入れられて入力部(V_IN)
101、入力部(GND)102に主電源(Vcc)が供給され
る。 (2)起動停止入力(ON/OFF)103は高インピーダンス
状態(H)となるため、第3の半導体スイッチング素子(Q3
d)163の制御入力(ゲート)が高電位(ソースと略同電
位)になることで、第3の半導体スイッチング素子(Q3d)
163が非導通状態となる。
デンサ(C1d)164が徐々に充電される。電源投入から
(4)の状態まで、一時的に第1の半導体スイッチング
素子(Q1d)161が導通状態になってレギュレータ(REG)
106に電力供給を行い、モータ制御部(IC1)104や
ホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109に制御
用電源(Va)が供給される。しかし、起動停止入力(ON/OF
F)103が「停止指令」であるため、減速回路176が
働き、モータはブレーキ状態で駆動されない。
d)162の制御入力(ゲート)が接地(GND)に対して高電
位となることで第2の半導体スイッチング素子(Q2d)1
62が導通状態になる。 (5)第1の半導体スイッチング素子(Q1d)161の制
御入力(ゲート)が低電位となり第1の半導体スイッチン
グ素子(Q1d)161は非導通状態となる。
レータ(REG)106に電力供給が行われないのでモータ
制御部(IC1)104やホール素子(H1)107、(H2)10
8、(H3)109に制御用電源(Va)が供給されない。よっ
て、消費電力は抵抗(R8d)173と第2の半導体スイッ
チング素子(Q2d)162に電流が流れることで消費され
るだけである。抵抗(R8d)173の抵抗値を大きくして
流れる電流を小さくすることで待機時の消費電力を数m
Wと従来例の1/100以下とすることができる。
の動作をする。 (7)起動停止入力(ON/OFF)103は低インピーダンス
状態(L)となるため、第3の半導体スイッチング素子(Q3
d)163の制御入力(ゲート)が低電位になることで、第
3の半導体スイッチング素子(Q3d)163が導通状態と
なる。 (8)放電回路(R7d)172、(Q3d)163を通って、コ
ンデンサ(C1d)164の電荷が瞬時に放電される。
d)162の制御入力(ゲート)は接地(GND)と略同電位と
なり、第2の半導体スイッチング素子(Q2d)162が非
導通状態になる。 (10)第1の半導体スイッチング素子(Q1d)161の
制御入力(ゲート)は高電位となり第1の半導体スイッチ
ング素子(Q1d)161が導通状態となってレギュレータ
(REG)106に電力供給を行い、モータ制御部(IC1)10
4やホール素子(H1)107、(H2)108、(H3)109に
制御用電源(Va)を供給する。
子(IC2)105はホール素子(H1)107、(H2)108、
(H3)109の位置検出信号に従って、モータの巻線コイ
ル(U)110、(V)111、(W)112への通電を切り替
え、回転磁界を発生させてモータを駆動する。 以上(7)〜(11)の動作は瞬時に行われ、「起動指
令」によりモータは瞬時に起動される。
ると以下の動作をする。 (12)起動停止入力(ON/OFF)103は高インピーダン
ス状態(H)となるため、第3の半導体スイッチング素子
(Q3d)163の制御入力(ゲート)が高電位(ソースと略同
電位)になることで、第3の半導体スイッチング素子(Q3
d)163が非導通状態となる。
ンデンサ(C1d)164が徐々に充電される。この間、第
1の半導体スイッチング素子(Q1d)161が導通状態と
なり所定時間、レギュレータ(REG)106に電力供給を
行い、モータ制御部(IC1)104やホール素子(H1)10
7、(H2)108、(H3)109に制御用電源(Va)を供給す
る。
置の減速回路176が働き、急速に回転速度が低下・停
止する。 以下(3)以降と同じ動作で待機状態となる。実施例4
では本体から「停止指令」が出力されてから所定時間、
モータ制御部(IC1)104やホール素子(H1)107、(H
2)108、(H3)109に制御用電源(Va)を供給すること
ができる、いわゆるタイマー機能が付加されている。タ
イマー動作時間は、コンデンサ(C1d)164の容量や充
電回路(R6d)171の抵抗値などでモータ停止特性に合
わせて設定することができる。
では、待機時にモータの制御部に供給される電源自体を
停止させるので、待機時の消費電力を極めて小さくする
ことができる。さらに、ノイズ等により誤動作すること
もない。また位置検出素子(ホール素子)にも電源が供給
されないため、待機時にホール素子が短絡故障を起こし
ていたとしても、無駄に消費することなく、駆動回路の
安全性・信頼性が高いモータの駆動装置とすることがで
きる。
定時間、モータ制御部(IC1)104やホール素子(H1)1
07、(H2)108、(H3)109に制御用電源(Va)を供給
することができる、いわゆるタイマー機能が付加されて
いるので、減速回路176を働かせてモータの停止時間
を短縮することができる。このような、停止時に減速回
路176を働かせるモータの実施例としては、以下に説
明する動圧空気軸受型のポリゴンスキャナがある。減速
回路176がない場合、回転速度がゆっくりと低下する
ため、動圧力が低下する低速回転域を通過する時間が長
くなり、外部からの衝撃により軸受の損傷を受ける危険
性が高くなる。停止時に急速に減速・停止させること
で、動圧力が低下する低速回転域を通過する時間を短縮
し、外部からの衝撃により軸受の損傷を防止することが
できる。
型ポリゴンスキャナの断面図および、図7に示す実施例
5の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの主要部分解斜視
図をもとに動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの構成、動
作を説明する。ハウジング21には図示しない光学ハウ
ジングへの取付け基準面21aがつば状に形成されてい
る。そのハウジング21の内部にはモータ部を構成する
プリント基板22が配置され、巻線23aが巻かれた強
磁性材料からなるステータコア23が固定された保持部
材42とともに、ねじまたは接着剤等によってハウジン
グ21に固定されている。ステータコア23の外側には
強磁性体からなるリング43が嵌め込まれている。この
強磁性体からなるリング43は磁気特性を改善するもの
であるが、モータ特性によっては無くてもよい。プリン
ト基板22にはホール素子24が取付けられ、巻線23
aとともにパターン配線されている。モータ方式は回転
体26に取付けられたロータマグネット27と巻線23
aが巻かれたステータコア23が回転軸と垂直な方向に
対向した、いわゆるラジアルギャップ・インナーロータ
型のブラシレスモータである。
22bは円周状にハウジング21等と密着し、カバー3
9とともに回転体26の配置される空間と外部を遮断し
て、回転体26の配置される空間を密閉する。ハウジン
グ21の中央には周辺から延びた複数の梁21bに連結
され一体加工された円筒状の軸受取付け基準部21cが
形成されており、外筒面21dを基準にして動圧空気軸
受を構成する固定軸28が接着固定されている。固定軸
28の円筒表面には動圧空気軸受を構成するための溝2
8aが形成されている。回転体26が回転を開始する
と、中空回転軸29と固定軸28のすきまの空気の圧力
が高まり非接触でラジアル方向(半径方向)に回転体26
を支持する。
定部33がハウジング21の中央に形成された円筒状の
軸受取付け基準部21cの端面21eを基準にして埋設さ
れている。吸引型磁気軸受の固定部33は回転軸方向に
2極に着磁されたリング状永久磁石30と、前記リング
状永久磁石30の内径よりも小さい中心円が形成された
強磁性材料からなる第1の固定ヨーク板31と、同様
に、前記リング状永久磁石30の内径よりも小さい中心
円が形成された強磁性材料からなる第2の固定ヨーク板
32とからなる。第1の固定ヨーク板31と第2の固定
ヨーク板32はリング状永久磁石30を軸方向に挟み、
第1の固定ヨーク板31の中心円および第2の固定ヨー
ク板32の中心円が回転中心軸に対して同軸になるよう
に配置、固定軸28の先端凹部に埋設されて弾性部材3
4または接着剤などで固定されている。リング状永久磁
石30の材質としては主に希土類系の永久磁石が用いら
れる。固定ヨーク板31、32には鉄鋼系の板材が用い
られる。固定軸28は非磁性材料が用いられる。
ンジ36が固定され、フランジ36の中央部には吸引型
磁気軸受の回転部35が圧入されてフランジ36に固定
されている。吸引型磁気軸受の回転部35は第1の固定
ヨーク板31の中心円および第2の固定ヨーク板32の
中心円との間に磁気ギャップを構成する外筒面が形成さ
れ、その外筒面が回転中心軸と同軸になるように配置さ
れている。吸引型磁気軸受の回転部35には永久磁石ま
たは鉄鋼系の強磁性材料が用いられる。フランジ36の
上面にはポリゴンミラー37が載置され、板ばね38を
はさんでねじを回転部35に形成されたねじ穴に対して
締め付けることにより、ポリゴンミラー37が押えられ
て固定されている。また、フランジ36には空気が通過
するときの粘性抵抗を利用して上下振動を減衰させる微
細穴36aが形成されている。
マグネット27が接着固定されている。スキャナの上部
には回転体26を囲むように内部がくりぬかれたカバー
39が、ハウジング21にねじで固定されている。カバ
ー39には図示しない半導体レーザーからのレーザー光
の入出射用の開口部にガラス窓が両面テープまたは接着
剤で固定されて密閉されている。
駆動回路が一体で設けられており、ホール素子24の位
置検出信号にしたがって、順次巻線への通電を切り替え
て回転体26を回転させて定速制御するようになってい
る。駆動素子40は回転体が配置される密閉空間の外側
で、ハウジング21に形成された梁21bの間に配置、
実装されている。図示しない、本体に取り付けられた送
風ファンによって駆動素子40やその他の回路部品41
が冷却されるようになっている。駆動回路は別体で設
け、コネクタでプリント基板22に接続するようにして
も良い。
ンス)振動が非常に小さいレベルになるように、回転体
26の上下2ケ所の修正面27a、37aでバランス修正
が行われている。光学ハウジングに取り付けたときに密
閉空間に回転体が配置されれば特にカバー39は設けな
くても良い。
からの起動停止信号でモータ制御部への制御用電源の供
給を停止し、いわゆる待機状態での無駄な電力消費を低
減するとともに、ノイズ等によるモータ制御部の待機時
の誤動作を防止して安全性および信頼性が高いモータの
駆動装置を提供することができる。
起動停止信号の停止指令から所定時間は制御用電源の出
力を継続してモータの駆動制御が可能で、かつ、待機状
態での無駄な電力消費を低減するとともに、ノイズ等に
よるモータ制御部の待機時の誤動作を防止して安全性お
よび信頼性が高いモータの駆動装置を提供することがで
きる。
起動停止信号で位置検出素子(ホール素子)への電源の供
給を停止し、待機時に位置検出素子(ホール素子)の短絡
故障などが有ったとしても電源が供給されていないの
で、安全性が高い、直流ブラシレスモータの駆動装置を
提供することができる。請求項5記載の発明によれば、
停止指令により急速にモータを減速・停止させることの
できるモータの駆動装置を提供することができる。
より急速に減速・停止させることで、動圧力が低下する
低速回転域を通過する時間を短縮し、外部からの衝撃に
よる軸受の損傷を防止することができる動圧空気軸受を
用いたモータに適した駆動装置を提供することができ
る。
す回路図である。
図である。
図である。
図である。
子を示す回路図である。
ャナの断面図である。
ャナの主要部分解斜視図である。
(V)、(W) 113、114 バイアス抵抗(Rh1)、(Rh2) 121 第1の半導体スイッチング素子(Q1a) 122 コンデンサ(C1a) 123、124 抵抗(R1a)、(R2a) 131 第1の半導体スイッチング素子(Q1b) 132 第2の半導体スイッチング素子(Q2b) 133 コンデンサ(C1b) 134、135、136、137 抵抗(R1b)、(R2b)、
(R3b)、(R4b) 141 第1の半導体スイッチング素子(Q1c) 142 第2の半導体スイッチング素子(Q2c) 143 第3の半導体スイッチング素子(Q3c) 144 コンデンサ(C1c) 145、146、147、148 抵抗(R1c)、(R2c)、
(R3c)、(R4c) 149、150、151 抵抗(R5c)、(R6c)、
(R7c) 161 第1の半導体スイッチング素子(Q1d) 162 第2の半導体スイッチング素子(Q2d) 163 第3の半導体スイッチング素子(Q3d) 164、165 コンデンサ(C1d)、(C2d) 166、167、168、169 抵抗(R1d)、(R2d)、
(R3d)、(R4d) 170、171、172、173 抵抗(R5d)、(R6d)、
(R7d)、(R8d) 174、175 抵抗(R9d)、(R10d) 176 減速回路
Claims (6)
- 【請求項1】主電源と該主電源より作られる制御用電源
により駆動制御され、起動停止制御を行う起動停止入力
とを備えたモータの駆動装置において、 前記主電源と制御用電源の間に接続される第1の半導体
スイッチング素子を備え、 起動停止入力の起動指令により前記第1の半導体スイッ
チング素子を導通状態にして駆動装置への電力供給を行
い、起動停止入力の停止指令により前記第1の半導体ス
イッチング素子を非導通状態にして駆動装置への電力供
給を停止することを特徴とするモータの駆動装置。 - 【請求項2】主電源と該主電源より作られる制御用電源
により駆動制御され、起動停止制御を行う起動停止入力
とを備えたモータの駆動装置において、 前記主電源と制御用電源の間に接続される第1の半導体
スイッチング素子と、 該第1の半導体スイッチング素子の制御入力に接続され
る第2半導体スイッチング素子と、を備え、 起動停止入力の起動指令により前記第2の半導体スイッ
チング素子を導通または非導通状態にすることで前記第
1の半導体スイッチング素子を導通状態にして駆動装置
への電力供給を行い、起動停止入力の停止指令により前
記第2の半導体スイッチング素子を非導通または導通状
態にすることで前記第1の半導体スイッチング素子を非
導通状態にして駆動装置への電力供給を停止することを
特徴とするモータの駆動装置。 - 【請求項3】主電源と該主電源より作られる制御用電源
により駆動制御され、起動停止制御を行う起動停止入力
とを備えたモータの駆動装置において、 前記主電源と制御用電源の間に接続される第1の半導体
スイッチング素子と、 該第1の半導体スイッチング素子の制御入力に接続され
る第2半導体スイッチング素子と、を備え、 前記第2の半導体スイッチング素子は電圧駆動型の半導
体スイッチング素子であって、該第2の半導体スイッチ
ング素子の制御入力部には、コンデンサと、該コンデン
サへの充電回路と、放電回路と、が接続され、該放電回
路は第3の半導体スイッチング素子を有し、 起動停止入力の起動指令により前記第3の半導体スイッ
チング素子を導通状態にしてコンデンサの電荷を放電
し、前記第2の半導体スイッチング素子を非導通状態に
することで前記第1の半導体スイッチング素子を導通状
態にして駆動装置への電力供給を行い、 起動停止入力の停止指令により前記第3の半導体スイッ
チング素子を非導通状態にしてコンデンサを徐々に充電
し、該停止指令より所定時間後に前記第2の半導体スイ
ッチング素子を導通状態にすることで前記第1の半導体
スイッチング素子を非導通状態にするタイマー付き待機
時省電力回路を備えたことを特徴とするモータの駆動装
置。 - 【請求項4】前記モータは位置検出素子を備えた直流ブ
ラシレスモータであって、位置検出素子の電源は前記制
御用電源または前記第1の半導体スイッチング素子の出
力より供給されることを特徴とする請求項1〜3のいず
れか1項に記載のモータの駆動装置。 - 【請求項5】起動停止入力の停止指令により動作する減
速回路を備えたことを特徴とする請求項3記載のモータ
の駆動装置。 - 【請求項6】前記モータは動圧空気軸受を用いたモータ
であることを特徴とする請求項3記載のモータの駆動装
置。
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