JP2000116185A - Ｄｃモ―タの改良された電子制動のための方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 サーボループ制御を補うＤＣモータの効率的
なダイナミック制動を提供する。 【解決手段】 逆トルク信号が標準的なモータコントロ
ーラＭＣ４に与えられて、これが電機子電流を逆にして
制動を開始する技術と、散逸性負荷Ｒ５がＤＣ電圧バス
と大地との間で切り替えられて、モータＭ３が減速する
につれて回生電流を散逸させるようにする技術とを組み
合わせて使用する。制動動作が続くにつれ、回生電流に
よって生じるＤＣ電圧バス上の電圧が選択されたしきい
値を超えるたびに、ロジック６により散逸性負荷Ｒ５が
反復的に回路に接続されたり、また回路から切断された
りするように切り替えられる。制御された期間の間、電
流の流れを維持するためにヒステリシスが与えられ、こ
の切り替え動作のパルス幅変調を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータを迅速に制
動するのが有用または必要な場合において、サーボルー
プによって制御されるＤＣモータを使用するシステムに
関する。本発明は、レーザープリンタの画像形成回転ド
ラム等の高い運動エネルギを有する負荷をＤＣモータが
駆動するような状況で、モータを迅速に加速および減速
するのが有用である場合や、モータが高速での回転と完
全停止とのサイクルを定期的に行うことが要求される場
合に有用である。

【０００２】

【従来の技術】ＤＣモータおよびそれを支援するサーボ
ループは、高い運動エネルギを有する負荷を駆動する必
要があるような場合に広く使用されている。このような
モータを使用する数多くの例のうちの一つが、米国特許
第5,268,708号に開示されている。この特許には、ドラ
ムが回転してプリントヘッドを通過する際に画像形成ド
ラムの周囲に固定された受像体上に意図する画像を形成
するように構成された画像処理装置が記載されている。
米国特許第5,268,708号に開示されている装置では、画
像形成ドラムは真空作用を利用してその表面にドナー材
および受像材を固定する。スループットの生産性に関す
る要件を満たすために、画像形成ドラムは高速で回転
し、固定されたドナー材および受像材を、画像を書き込
むプリントヘッドを通過するように運搬する。

【０００３】現在知られていて利用されている画像処理
装置は良好なものの、欠点がないわけではない。６００
ＲＰＭ以上で回転すると高慣性負荷となる画像形成ドラ
ムは、ドナー材および受像材を除去したり、再度装填し
たりするために、定期的に停止させる必要がある。この
停止動作は、４色プルーフシートを出力するのに４度繰
り返さなくてはならない。というのは、各色分解処理の
ために異なるドナーシートの装填および除去が必要だか
らである。現在の画像処理装置では、ドラムのための能
動的な制動機構が適用されておらず、従って、ドラムの
回転速度の上限は、色分解の間にドラムを惰行させて停
止させるのに必要とされる約６００ＲＰＭに制約され
る。これにより、色分解にかかる時間が長くなり、装置
のスループットが低くなってしまう。

【０００４】ドラムの制動は、ドラムを加速する際にも
有利である。ドラムによって与えられる高慣性負荷によ
り、必要とされるその後の加速よりもドラムが早く回転
するオーバーシュートのため、速い速度への加速が複雑
になる。迅速な加速を可能にするためには、オーバーシ
ュートを補償するある程度の制動を与えることが出来る
のが有利である。

【０００５】高い運動エネルギの負荷を駆動するモータ
の制動のためには、何らかの態様でこのエネルギを散逸
させる必要がある。たとえば、米国特許第5,268,708号
に開示されるような画像処理システムでは、ドラムが３
０００ＲＰＭの高速で回転し、回転システムの運動エネ
ルギが１７５０ワット秒の領域にある。このドラムを駆
動するモータの制動のためには、その運動エネルギをあ
る時間をかけて散逸させる必要がある。きっかり５秒で
このドラムを制動するための散逸ワット数は以下の比の
ように計算される。

【０００６】１７５０ワット秒／５秒＝３５０ワット 画像形成ドラムを繰り返し５秒以内に停止させることを
可能にするためには、上記装置はこのエネルギ量を定期
的に散逸させる必要がある。この制動動作によりかなり
の量の熱が発生する可能性があり、これを画像処理装置
から効率的に除去しなくてはならない。同時に、この応
用例において、ドラムの回転位置が分かっているような
制御された態様で停止させて、画像形成媒体の装填およ
び除去を効率的に行うのを可能にするのが有利である。

【０００７】ＤＣモータの制動およびモータと負荷の運
動エネルギの散逸については周知の方法が数多くある。
これらの方法の中には、ブレーキパッドや同様の停止装
置を使用する摩擦を利用した機械的方法がある。しか
し、機械的な制動は、摩耗、機械的な複雑さ、埃、およ
び信頼性の問題をもたらす。さらに、機械的な制動で
は、上述のタイプの画像形成ドラム等の高慣性負荷を有
する機器では特に、交換部品とそのための手順が必要と
される。

【０００８】モータを迅速に停止させる従来の電気的制
動方法に、ダイナミック制動がある。この方法は、モー
タの電機子における電流の流れを逆にしながら、同時に
モータの磁界を維持することで行う。この動作により、
モータの回転エネルギを効果的に電流の流れに変換し
て、モータが発電機として動作し、駆動電流と逆方向の
逆ＥＭＦ電流の流れを生成する。次に高ワット制動抵抗
器を電機子に切り替え、この回生電流を散逸させて、モ
ータを停止させる。効果的な停止速度は抵抗値の関数で
ある。つまり、抵抗値が低いほど（すなわち、電機子を
流れる逆電流が大きいほど）、モータを速く停止させる
ことが出来るが（Siskind, Charles S., Electrical Ma
chines, Direct and Alternating Current, second edi
tion, McGraw Hill, 1959, PP. 210を参照。）、これと
同時に、電機子を流れる電流を制限するためには抵抗値
が十分高くなくてはならない。

【０００９】ダイナミック制動自体は、モータを停止さ
せながら位置を制御する手段となるわけではない。モー
タの加速中、安定した速度での回転中、そして減速中と
常に位置制御を行うサーボループ内においてダイナミッ
ク制動を利用するのが有利であろう。

【００１０】ダイナミック制動は、モータがしきい値Ｒ
ＰＭを超えて回転する際に効果的である。つまり、モー
タのＲＰＭが低い値に落ちると、磁界が崩壊して、ダイ
ナミック制動の効果が低くなる。大型のモータを使用す
る場合には、この種のダイナミック制動は一般に負荷抵
抗器にかかる電流を切りかえるのに強力な継電器または
接触器を必要とする。従来、この抵抗性負荷はモータ端
子に配置されるか、またはその近傍に配置されている。

【００１１】電気的ダイナミック制動に固有の問題は熱
の散逸である。従来、ダイナミック制動は、負荷抵抗に
おける散逸によって発生される熱量が多いため、頻繁な
始動−停止サイクルが要求される応用には適していない
と考えられていた。（R.L.McIntyre, Electric Motor C
ontrol Fundamentals, McGraw-Hill, Inc., 1974, PP.3
1 を参照。）高慣性負荷を伴う応用で頻繁な制動を行う
ことに関しての解決策では、固体装置によって切り替え
られる１つ以上の高ワット抵抗器を使用することを提案
しているが、これらの解決策は上述の画像処理装置で必
要な高ワットの散逸には適していない。さらに、単に継
電器を固体装置に代えるという解決策は、高ワットの応
用にはあまり適さず、特に、このような固体装置がその
線形領域において動作することが要求される場合（固体
装置における熱の発生が装置を急速に破壊し得る場合）
にはあまり適さない。

【００１２】電気制動のための方法および装置を開示し
ている特許は数多くあるが、その中に次のような特許が
ある。

【００１３】米国特許第4,223,855号（Briedis)には、
オープンリール式のテープの搬送を停止するために回転
軸に対して摩擦パッドを使用する電気機械制動システム
が記載されている。この特許の従来技術の説明に述べら
れているように、摩擦による摩耗のために時間とともに
パッドが劣化し、そのためブレーキ特性が常に変化す
る。この問題を最小限にとどめるため、この特許では、
ダイナミック制動と機械（摩擦パッド）制動とを組み合
わせて使用することを開示している。

【００１４】米国特許第4,911,566号（Imasakiら）に
は、ダイナミック制動と逆相制動とを組み合わせて使用
することで制動時間を短縮するサーマルプリントヘッド
のための制動制御システムが開示されている。この方法
では、まずモータのフィーダ端子を短絡させ（一種のダ
イナミック制動）、逆極性の電圧をかけてモータを停止
させる。特に、この方法は、上述のような画像形成ドラ
ムの回転によるものよりも負荷がかなり小さい、低慣性
負荷および小型のモータに使用される。

【００１５】米国特許第3,845,366号（Metzlerら）に
は、印刷機のように複数のＤＣモータを使用するシステ
ムのための一定トルク制動制御システムを開示してい
る。このシステムでは、制動抵抗器がモータの電機子に
切り替えられて、モータが減速するに連れて発電機の動
作から生じる電流を散逸させる。この方法はモータの制
動を効果的に行うものの、位置制御は得られない。この
方法を使用するとモータを停止させることが出来るが、
この発明は、モータを減速してオーバーシュートを補償
する方法またはモータ速度を変える方法については開示
していない。

【００１６】米国特許第5,659,231号（Svarovskyら）に
開示されているＤＣブラシレスモータのための制動制御
回路では、まずモータへの駆動電流を止めて惰行させ、
フィードバック信号と逆の電圧レベルを設定し、回生電
流を制御されたレベルにして、モータコントローラの電
源調節回路における散逸を起こす。特に、この方法はモ
ータコントローラ自体における電力を散逸させ、電流の
フィードバックを制限する「バルブ」として制御回路を
使用することで、回生電流を損傷を起こす可能性のある
量より小さく抑える。従来のモータコントローラは電流
をいくらか散逸させることが出来るが、画像処理装置の
回転ドラムによる高慣性負荷のタイプに対してダイナミ
ック制動を行うことは出来ない。

【００１７】モータ制動に関する第２の問題は、電力損
失の際におこる。この状況は、モータ駆動の応用には破
壊的または危険な恐れがある。上述のような画像処理装
置において、ドラムが最高速度で回転していて、真空状
態でドラムに固定されたドナー材および受像材が装填さ
れている状態で電力が失われると、媒体が飛んでいって
しまい、その結果、光プリントヘッドおよび他の敏感な
支持部材に損傷を与え得る。このため、電力損失の際に
高速かつ効率的にＤＣモータの制動を行うことは、画像
形成システムおよび他のタイプの機器に重要な利点を与
える。

【００１８】ダイナミック制動は、モータに対する磁界
エネルギが維持されることを必要とする。このため、従
来の電気モータブレーキは、電力が損失されたり、切断
されたりすると機能しない。（Miller, Rex, and Mille
r, Mark R., Electric Motorcontrols, Prentice-Hall,
1992, pp.214を参照。）しかし、電力損失の際に少な
くともあるレベルのダイナミック制動を可能にするのに
充分な磁界エネルギを与えるための方法がいくつか開示
されている。たとえば、米国特許第5,099,184号（Hornu
ngら）には、電力損失の際にはある時間の間ダイナミッ
ク制動のために充分な磁界を与えるための回路が開示さ
れている。

【００１９】多くの特許が、ダイナミック制動方法を利
用して、モータの回生エネルギを使ってモータが逆の電
機子電流で回転して減速する（つまり発電機として動作
する）ことを開示している。例えば、上述の米国特許第
5,659,231号や、米国特許第4,678,980号（Sugimoto
ら）、および米国特許第4,445,167号（Okadoら）等があ
り、回生モータエネルギがモータ制御回路の一時的な電
源電力となる。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】上述のような既知の実
用、参考文献、および特許はダイナミック制動を実施す
る種々の方法を開示しているが、従来の方法には大きな
制限および欠点がある。上述の画像処理装置のようなシ
ステムは、モータの制動に関して以下のような特殊な要
件がある。

【００２１】・位置制御。ダイナミック制動のための従
来の方法は、モータが停止する際の位置制御を行わな
い。

【００２２】・オーバーシュート補償。上述の方法は、
一時的に回転を遅くしてオーバーシュートを補正するた
めの手段を与えるのではなく、モータを停止する方法を
開示するものである。

【００２３】・高慣性負荷のための迅速な加速および減
速。これには、高レベルの電流の散逸が要求される。従
来の市販されているモータコントローラは回生モータエ
ネルギを電流として散逸させる機能をある程度与える
が、これらの固体装置は、上述の画像形成ドラムによる
ような慣性負荷に必要な高レベルのエネルギを散逸させ
るようには設計されていない。

【００２４】・高慣性負荷を有するシステムについて頻
繁に反復できる能力。

【００２５】上述のどの特許および参考文献も、散逸性
負荷における高レベルの回生電力のデューティサイクル
を変化させるダイナミック制動のための適切な方法を開
示、示唆していない。さらに、上述のどの特許、文献
も、機械のコマンドによって制御されるときと電力が損
失されたときの両方において作用するような方法を使用
することを示唆していない。さらに、これらの既知の方
法はサーボループ内におけるダイナミック制動を実施し
ておらず、また、画像形成ドラムを停止させるのに必要
な高ワット散逸にあたって、固体技術を使用してモータ
端子に負荷を切り替える適切なプロセスを提供していな
い。

【００２６】

【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
欠点を克服するシステムおよび方法を提供する。

【００２７】本発明は、（１）逆トルク制御信号を与
え、（２）ＤＣ電圧バスと大地との間で発生されるＤＣ
電圧信号を感知し、（３）ＤＣ電圧バスから大地に散逸
性負荷を選択的に切り替えることにより、従来のＤＣモ
ータのためのサーボループ制御を補って、電子制動を行
う。感知されたＤＣ電圧フィードバック信号に基づい
て、本発明では、この切り替え動作のデューティサイク
ルを変化させ、パルス幅変調を行って、過剰な電流を負
荷に切り替えて、制御された間隔でＤＣ駆動エネルギを
散逸させる。この動作により回生電流がモータから離散
的な短いバーストで流れ、制御された態様でモータの回
転による運動エネルギを散逸させ、高レベルの運動エネ
ルギを有する応用例においても、また電力が損失される
状況においても、モータを迅速に停止させることが出来
る。

【００２８】本発明の一目的は、モータを減速させるた
めの従来の逆トルク電流入力と、その後の、回生モータ
電流エネルギを負荷へと選択的に切り替えて散逸させて
高運動エネルギを伴って動作しているＤＣモータを急速
に停止させる技術とを組み合わせて使用して、電子制動
を実現することである。

【００２９】本発明の更なる目的は、モータが機械の制
御ロジックからの逆トルク電流信号によって減速される
場合でも、電源電力の突然の損失によって減速される場
合でも、ＤＣモータの回転を急速に停止させることであ
る。

【００３０】本発明の１つの利点は、減速されたモータ
からの回生エネルギを使用してモータ制御回路の電源電
力とし、それによってＡＣ電源電力が失われたときでも
この回路を利用してモータを制御して停止させることを
可能にすることである。

【００３１】本発明の更なる利点は、逆トルク信号（モ
ータを停止させるために与えられる）を通常使用される
よりも高いレベルで与えることを可能にすることであ
る。これは、本発明が、モータからの回生ＥＭＦを高速
で散逸させる効果的な手段を提供するためであり、その
結果、モータを急速に停止させたり、逆にしたりするこ
とが出来る。

【００３２】本発明の更に別の利点は、高慣性負荷を有
するシステムにおいてダイナミック制動を実現するのを
可能にすることであり、これは駆動モータを反復的に始
動、停止させる応用において有用である。このようなシ
ステムに対して、本発明は、モータコントローラの電力
散逸能力を補うことでサーボループの性能を大きく改良
する。

【００３３】本発明は、従来必要であったモータ端子に
おけるコストの高い強力な切り替え継電器または接触器
の必要をなくすことでコスト面での利点を与えるととも
に、一般に電流の散逸のために定められているよりもワ
ット数の低い抵抗器を使用することを可能にする。

【００３４】本発明の更に別の利点は、機械の制御下で
反復的に始動、停止動作を行うために使用される部材と
同じ部材が電力損失の際の制動部材として作用するとい
うことである。

【００３５】本発明の更に別の利点は、電力が失われて
いない場合、サーボループによって制動の際のモータの
位置制御を維持することを可能とし、速度を落とした
り、逆方向にすることをも可能にすることである。

【００３６】本発明の更に別の利点は、真空画像形成ド
ラムを使用する画像処理装置において使用すると、電力
損失の際に回転ドラムからドナー材または受像材が飛ん
でしまう可能性を大きく低減することである（ドラムが
媒体を保持できるレベルよりも低い真空になるには２、
３秒かかる。本発明を利用すると、電力損失後、モータ
が充分に減速または停止されるため、真空状態から開放
されても媒体が装置内の他の部材を損傷することはな
い。）。

【００３７】本発明の更に別の利点は、高慣性負荷を有
するシステムにおいて減速から生じるオーバーシュート
を補償する方法を提供することである。

【００３８】本発明は、サーボループによって制御され
るＤＣモータのダイナミック制動のための装置に関す
る。前記装置は、ＤＣモータ駆動装置に供給されるＤＣ
バス電圧を継続的に感知し、ＤＣバス電圧を第１の基準
しきい値電圧と比較する感知回路を含む。前記感知回路
はＤＣバス電圧が第１の基準しきい値電圧を超えると出
力イネーブル信号を供給し、ＤＣバス電圧が第１のしき
い値電圧よりも低い第２のしきい値電圧レベルまで降下
すると出力ディスエーブル信号を供給する。前記装置は
更に、散逸性負荷と直列に接続されて、ＤＣモータのダ
イナミック制動を行う切り替え部材を含む。前記切り替
え部材は、感知回路から出力イネーブル信号と出力ディ
スエーブル信号とを受信するようにされ、出力イネーブ
ル信号を受信すると、切り替え部材は散逸性負荷をＤＣ
バス電圧に接続して、ＤＣモータが減速するにつれて回
生電流がＤＣモータから流出するようにする。出力ディ
スエーブル信号を受信すると、切り替え部材は散逸性負
荷をＤＣ電圧バスから切断する。

【００３９】本発明は更に、ＤＣモータのダイナミック
制動のための方法に関する。前記方法は、（ａ）ＤＣモ
ータのＤＣモータ電機子電流を逆にするステップと、
（ｂ）ＤＣモータ電機子電流を逆にすることによって生
じるＤＣバス電圧を感知するステップと、（ｃ）ＤＣバ
ス電圧を第１のしきい値電圧と比較するステップと、
（ｄ）比較によってＤＣバス電圧が前記第１のしきい値
電圧と、前記第１のしきい値電圧よりも低い第２のしき
い値電圧とを超えることが示されると、散逸性負荷を前
記ＤＣバス電圧に切り替えるステップと、（ｅ）比較に
よってＤＣバス電圧が前記第２のしきい値電圧よりも低
くなったことが示されると、散逸性負荷をＤＣバス電圧
から切断するステップと、を含む。

【００４０】本発明はまた、モータの制動を制御する方
法であって、モータに逆トルク制御信号を与えるステッ
プと、モータの駆動装置にかかるＤＣ電圧バスと大地と
の間で発生される電圧信号を感知するステップと、散逸
性負荷を前記ＤＣバス電圧から大地に選択的に切り替え
るステップとを含む方法に関する。

【００４１】本発明はまた、モータの制動のための装置
であって、モータの駆動装置に供給される電圧を感知し
て前記電圧と少なくとも１つの基準電圧とを比較するセ
ンサと、散逸性負荷と動作するように関連付けられる切
り替え部材とを含み、切り替え部材は感知した電圧を示
す信号をセンサから受信するとともに、それに応じて散
逸性負荷の前記電圧に対する接続および切断を制御し
て、モータの制動を開始するようにされる装置に関す
る。

【００４２】本発明は更に、画像形成装置であって、画
像形成ドラムと、画像形成ドラムに隣接して設置されて
画像形成ドラムの回転軸に平行な線に沿って移動可能な
プリントヘッドと、回転軸を中心に画像形成ドラムを回
転させるためのモータと、モータの制動のためのダイナ
ミック制動装置とを含む画像形成装置に関する。前記ダ
イナミック制動装置は、モータの駆動装置に供給される
電圧を感知して、この電圧を少なくとも１つの基準電圧
と比較するセンサと、散逸性負荷と動作するように関連
付けられる切り替え部材とを含み、前記切り替え部材
は、感知した電圧を示す信号をセンサから受信し、それ
に応じて散逸性負荷の電圧に対する接続および切断を制
御する。

【００４３】

【発明の実施の形態】以下の説明は、本発明において使
用する方法および装置についての詳細な情報を与えるも
のである。当該分野においては周知である部材の詳細な
情報については省略されている。

【００４４】ここで図面を参照する。なお、全図面を通
して、同一または対応する部分には同様の参照番号が付
されている。図１は、ＤＣモータＭ３のためのモータ制
御サーボループ内の電力および制動スイッチロジック回
路６の相対的な機能を示す機能ブロック図である。モー
タコントローラＭＣ４は、数多くの標準的なＤＣサーボ
モータ駆動装置のうち、任意のものでよい（たとえば、
マサチューセッツ州、WestwoodのCopley Controls社の
モデル５１３ＤＣブラシレスサーボ駆動装置等)。図１
に示されるように、モータコントローラＭＣ４は電力お
よび制動スイッチロジック回路６から供給されるＤＣ電
力を入力として受ける。この電力自体は、入力ＡＣ電圧
をＤＣに変換する当該分野では周知の技術を使用して
（典型的には従来のダイオードブリッジ整流器を使用す
る）得られる。大型コンデンサＣ１が、ＤＣ信号におけ
る過渡的なものを吸収することによってＤＣバス電圧＋
Ｖ_DCを平滑化し、第２の機能として、電力損失の際にＤ
Ｃバス電圧＋Ｖ_DCの減衰を遅延する。

【００４５】モータコントローラＭＣ４はまた、モータ
のトルクを制御するサーボループ制御回路２０（図２）
からの可変信号のためのＲＥＦ＋／ＲＥＦ−入力を有す
る。サーボループ制御回路２０はＲＥＦ＋入力を適切な
アナログ信号レベルに設定し、ＤＣモータＭ３の回転を
適切な速度に制御する。これらの２つのＲＥＦ＋／ＲＥ
Ｆ−入力の相対的な差によってモータのトルクが決定
し、したがって所与の負荷に対するモータ速度が決定す
る。最高速度では、本発明の好適な実施形態における画
像形成ドラムを駆動するモータは３０００ｒｐｍで回転
する。これにより、回転システムには、約１７５０ワッ
ト秒の運動エネルギが与えられる。

【００４６】図１に概念的に図示されるように、電力お
よび制動スイッチロジック回路６は、散逸性負荷（図１
において分路抵抗器Ｒ５として図示される）を接地する
ように構成されるスイッチＳ６を制御する。以下、本発
明の好適な実施形態において固体技術を用いてスイッチ
Ｓ６をいかに実現するか、および切り替え動作のタイミ
ングをいかに制御するかを説明する。

【００４７】サーボループ制御下における停止 モータを動作中に停止させるために、サーボループ制御
ロジックは、デジタルサーボコントローラ１４から、継
電器Ｋ１によって切り替えられ、逆極性のアナログ制御
信号１０をモータコントローラＭＣ４のＲＥＦ＋入力に
送る。この動作によってモータの電機子の電流が逆とな
り、それによってＤＣモータＭ３を急速に減速させる。
モータの電機子の電流が逆方向に流れると、回転してい
るモータＭ３に蓄積された過剰な運動エネルギが電流に
変換され、駆動電流と逆の方向に流れ、ＤＣモータＭ３
は電流発生器として動作する。電流はモータコントロー
ラＭＣ４へと戻るように流れ、モータ駆動装置に入力さ
れるＤＣバス電圧レベル＋Ｖ_DCを高くする。このＤＣバ
ス電圧レベル＋Ｖ_DCはまた、電力および制動スイッチロ
ジック回路６によって感知される。

【００４８】図２の詳細なブロック図は、本発明を実現
する回路がＤＣモータＭ３が減速する際のＤＣバス電圧
＋Ｖ_DCの増大にいかに応答するかを示す。電圧比較器Ｉ
Ｃ７を含む感知回路は、抵抗器Ｒ８ＡおよびＲ８Ｂを含
む分圧器においてサンプリングされたＤＣバス電圧をそ
の非反転入力において感知する。電圧比較器ＩＣ７はこ
のサンプリングされた電圧を基準電圧Ｖ_Aと比較する。
ＤＣバス電圧＋Ｖ_DCが、典型的には１８５ＶＤＣである
上のしきい値を超えると、出力イネーブル信号が与えら
れて、電圧比較器ＩＣ７は高電流トランジスタＱ６の形
態である切り替え部材をオンにする（高電流トランジス
タＱ６は、フロリダ州、MelbourneのHarris社製造の絶
縁ゲートバイポーラトランジスタＩＧＢＴ、ＨＧＴＰ２
０Ｎ６０Ｃ３またはパワーＭＯＳＦＥＴＩＲＦ７３０等
の装置であってもよい。）。

【００４９】高電流トランジスタＱ６は、ＤＣバスと大
地との間の分路抵抗器Ｒ５を切り替える。定格が低抵抗
および高ワットである分路抵抗器Ｒ５は、ＤＣモータＭ
３からフィードバックされる過剰電流を熱として散逸さ
せる。

【００５０】分路抵抗器Ｒ５が電流を大地へと散逸させ
るにつれ、電圧＋Ｖ_DCは降下し始める。上のしきい値レ
ベルを下回るレベルまで電圧＋Ｖ_DCが降下するまで高電
流トランジスタＱ６をオンの状態で保持するため、抵抗
器Ｒ９およびＲ１０は、当該分野では周知のように、電
圧比較器ＩＣ７にヒステリシスを与える。典型的には１
８０ＶＤＣの下のしきい値レベルで、出力ディスエーブ
ル信号が与えられ、電圧比較器ＩＣ７はオフになり、高
電流トランジスタＱ６を直ちにオフにする。

【００５１】高電流トランジスタＱ６を上のしきい値電
圧でオンにし、それよりわずかに低いしきい値電圧でオ
フにすることで、ヒステリシスが、高電流トランジスタ
Ｑ６の線形領域での動作または高電流トランジスタＱ６
の切り替えに関する振動（「チャター」）を防ぐのを助
ける。より重要なことには、図３（ａ）に示されるよう
に、ヒステリシスは、高電流トランジスタＱ６に制御さ
れ、パルス幅変調された切り替え信号を与える。図示さ
れる値は本発明の好適な実施形態に関するものであり、
高電流トランジスタＱ６は＋１８５Ｖ_DCでオンにされ、
＋１８０Ｖ_DCでオフにされる。ここで、高電流トランジ
スタＱ６は完全にオンにされるか、完全にオフにされる
かであることに注目されたい。本発明はこの記載した＋
１８５Ｖ _DCないし＋１８０Ｖ_DCの範囲に制限されるわけ
ではなく、この範囲は図２の抵抗器Ｒ１０の適切な値に
よって決定され得ることが理解されるであろう。さら
に、ダイナミック制動の可変離散量を用いるために多数
のしきい値電圧を使用することが出来る。オンおよびオ
フの切り替えに固有な時間遅延を除いては、高電流トラ
ンジスタＱ６は線形モードでは動作しない。これによ
り、高電流トランジスタＱ６における熱の散逸が最小に
される。

【００５２】モータが減速するにつれ、電圧比較器ＩＣ
７は反復的に高電流トランジスタＱ６をオンおよびオフ
にし、パルス幅変調された態様で分路抵抗器Ｒ５を接続
したり切断したりして、ＤＣモータＭ３からの回生電流
を散逸させる。図３（ａ）のタイミング図は、この反復
的な切り替えのタイミングの関係を簡略化して示すもの
である。図３（ｂ）のグラフは、ドラム速度対時間を示
す。図３（ｂ）において、上述のような画像形成装置の
多数の画像形成パスのうち２回の画像形成パスが示され
る。第１の画像形成パスはＴ０からＴ３で表され、第
２、すなわち次の画像形成パスはＴ０’からＴ３’で表
される。図３（ｂ）に示されるように、第１の画像形成
パスで、ドラムはＴ０からＴ１にかけて加速し、Ｔ１か
らＴ２まで一定の速度で動作する。Ｔ２からＴ３にかけ
て減速し、これは図３（ａ）のタイミング図にも示され
る。Ｔ２からＴ３にかけて大きなダイナミック制動が起
こるが、Ｔ２から第２すなわち次の画像形成パスのＴ
２’にかけて熱を散逸させることが出来る。その結果、
分路抵抗器Ｒ５を流れる電流のデューティーサイクルが
低くなり、効果的にはＲＭＳ電流が低くなり、これに対
応して時間とともに散逸される熱の量も小さくなる。

【００５３】典型的には、分路抵抗器Ｒ５を冷却するの
にファンが使用される。このファンは、熱を効果的に散
逸させるために、設置および配置に関して特別な考慮が
必要である場合がある。

【００５４】制御された減速 エンコーダ１８（図２）からのフィードバック信号Ｅが
デジタルサーボコントローラ１４に入力されて、全体的
なサーボループ制御を行う。位置制御を維持しながらＤ
ＣモータＭ３を減速させるため、デジタルサーボコント
ローラ１４はアナログ制御信号１０を適切な電圧に設定
して、負のトルクを生じさせる。位置Ｎ．Ｏ．にある継
電器Ｋ１はアナログ制御信号１０をモータコントローラ
ＭＣ４のＲＥＦ＋入力へと経路付け、電子制動を開始さ
せる。これが起こると、電圧比較器ＩＣ７は上述のよう
に動作して、スイッチＱ６のオン／オフ動作を制御し、
分路抵抗器Ｒ５において回生電流を散逸させる。エンコ
ーダ１８からのフィードバック信号ＥによりＤＣモータ
Ｍ３が要求されるより遅い速度で動作していることが示
されるまで、デジタルサーボコントローラ１４はアナロ
グ制御信号１０を調整する。

【００５５】電力が損失された際の停止 図２はさらに、本発明が電力損失の際にいかにダイナミ
ック制動を行うかを示している。通常（電力損失の前
は）、デジタルサーボコントローラ１４は、入力トルク
信号をＲＥＦ＋に与えるアナログ制御信号１０を供給す
る。電力が与えられると、継電器Ｋ１がアナログ信号１
０をＲＥＦ＋に切り替える。停電検知回路８は入力ＡＣ
電力の損失を感知し、電力損失出力制御信号を与えて継
電制御信号１６をオフ状態に落とすことでこれに対応す
る。これに応じて、継電器Ｋ１は位置Ｎ．Ｃ．へと切り
替えて、擬似負トルク信号１２の形態の電力損失論理信
号をＲＥＦ＋に与える。デジタルサーボコントローラ１
４は、エンコーダ１８からの入力Ｅに基づいて、ＤＣモ
ータＭ３が２００ＲＰＭ以上の時は常に、擬似負トルク
信号１２を＋５Ｖに設定する。この擬似負トルク信号１
２により、モータコントローラＭＣ４は電機子電流を逆
にすることとなり、これによってダイナミック制動が開
始される。コンデンサＣ２は電力損失の後、擬似負トル
ク信号１２に対して幾分遅延を与える。

【００５６】継電器Ｋ１は低コスト、低電流計測レベル
の継電器であり、当該分野では周知であるように、プリ
ント回路基板上に直接設けられる。（好適な実施形態に
おいては、Siemens Electromechanical Components社の
T85N11D114-05等の継電器が使用される。） 電力損失の際、本発明ではＤＣモータＭ３からの回生エ
ネルギを使用し、このモータが、その駆動電機子電流が
逆にされてからは回転しつづけながら発電機として作用
する。これは、コンデンサＣ１の形態の蓄積手段が、あ
る時間にわたってモータのコイルにおける磁界を維持す
るのに十分な蓄積エネルギを保持するからである。電力
損失の際には、ＤＣモータＭ３から発生された電流はモ
ータコントローラＭＣ４へと戻るように流れる。この電
流により、ＤＣ電圧バスに十分な入力電圧がかかり、電
圧調整回路ＶＲ２に電源電力を与えることが可能とな
る。電圧調整回路ＶＲ２は、電圧比較器ＩＣ７の動作に
必要な電源電圧とその基準電圧＋Ｖ_A、および分圧抵抗
器Ｒ８Ａ／Ｒ８Ｂにおける電圧を与えつづける。通常の
サーボループによって起こった停止の際のように、電圧
比較器ＩＣ７は高電流トランジスタＱ６をオンにし、あ
る期間にわたって分路抵抗器Ｒ５を周期的に切り替え
る。コンデンサＣ１は、本発明の電子制動回路の動作領
域内にＤＣバス電圧が維持される期間に及ぶ時間遅延を
与える。制動動作は、ＤＣモータＭ３の回転速度が落ち
たことによって磁界が崩壊するまで続けられる。

【００５７】オーバーシュート動作 本発明は、サーボループによりＤＣモータＭ３を加速後
の所望の速度に迅速にもたらすことを可能にする。加速
中、デジタルサーボコントローラ１４はエンコーダ１８
の出力信号Ｅを介してＤＣモータＭ３のＲＰＭを追跡す
る。モータのＲＰＭが所望の値を超えると、デジタルサ
ーボコントローラ１４は一時的に逆トルク信号出力をア
ナログ制御信号１０で与える。ＲＥＦ＋におけるこの信
号により電機子の電流が逆になり、一時的に上述のダイ
ナミック制動動作を可能にする。ＤＣモータＭ３がほぼ
適切なＲＰＭまで減速すると、デジタルサーボコントロ
ーラ１４はアナログ制御信号１０を適切なレベルに設定
し、所望の速度を維持する。

【００５８】部材のサイズ 分圧器に使用される精密抵抗器Ｒ８ＡおよびＲ８Ｂと分
路抵抗器Ｒ５の部材の値は、その応用から既知である値
（たとえば、モータの負荷）および停止に関する要件に
基づいて選択されなくてはならない。本発明の好適な実
施形態の画像形成ドラムの応用に関しては、その目的は
画像形成ドラムを５秒以内に停止させることである。上
述のように、トップスピードでの散逸について計算され
る電力レベルは３５０ワットである。この特定の応用で
は、以下の例のように、モータの特性および典型的な電
源電圧に基づいて、分路抵抗器Ｒ５の値が計算される。

【００５９】３５０ワット ＝ １７５Ｖ ｘ ２Ａ 抵抗値（オーム） ＝ Ｖ／Ａ ＝ １７５／２ ８
７．５オーム 本発明の好適な実施形態については、約８７．５オー
ム、定格３５０ワットの抵抗器であれば良好な電力の散
逸をもたらすであろう。しかし、この方法を用いたダイ
ナミック制動中の抵抗器に流れる電流の実際のＲＭＳデ
ューティーサイクルは典型的には５０％未満なので、選
択されたレジスタがピークの電力値を扱うような定格と
なっていれば、これよりも小型の抵抗器を使用すること
ができる。実用においては、５０オーム、２００ワット
の抵抗器で本発明の好適な実施形態には十分であること
がわかっている。

【００６０】図４は、本発明の一実現例を示す概略図で
ある。図４に示されるように、画像形成ドラム３０が軸
３２を中心に回転するように設けられる。画像形成ドラ
ム３０は、ドナーシートの着色料が加熱されてドナーシ
ートから受像シートへと転写されるような印刷媒体を支
持するようにされる。ドナーシートおよび受像シートは
密着するように重ねられ、ドラム３０の内部から重ね合
わされたシートに対する真空作用によって、ドラム３０
の周面上へと保持される。

【００６１】可動書き込みヘッドアセンブリ３４が画像
形成ドラム３０に隣接して移動可能に支持される。アセ
ンブリ３４は、トランスレータ部材３８上に装着された
プリントヘッド３６を含む。ＤＣモータ４０が画像形成
ドラム３０を軸３２を中心に回転させ、一方、ステッパ
モータ４２が親ねじ４４を回転させてプリントヘッド３
６をドラム３０の軸３２に平行に移動させる。このよう
な画像処理システムの詳細な例は、米国特許第5,268,70
8号に開示されている。本発明の構成は、モータ４０と
ドラム３０の制動を精密に制御するのに有利であり、こ
のことが上述のように画像処理中において有利となる。
これは本発明の実現例の一つに過ぎず、本発明は高慣性
負荷を有するモータの制動が望まれる種々の実用に適用
できることを理解されたい。

【００６２】本発明をその好適な実施形態に関連して説
明してきたが、本発明の範囲から逸脱することなく、当
業者には、上述し、前掲の特許請求の範囲において定義
された本発明の精神および範囲内で種々の変形および変
更が可能であることが理解されるであろう。例えば、上
述のように、本発明は、特に高慣性負荷を有するＤＣモ
ータの制動が有用であるいかなる応用にも適用可能であ
る。これは、画像形成およびその他の応用を含む。本発
明は、モータの制動を行うための機械的手段、または上
述したものとは異なるタイプのモータコントローラと組
み合わせて使用することが出来る。さらに、モータを、
さらなる機械的摩擦手段を用いて減速させている最中に
同時に減速させることが出来る。抵抗性負荷のための切
り替え手段（図１に示されるスイッチＳ６）は、（高ワ
ットの応用に関しては）支持回路により固体スイッチが
その線形領域内で動作しないことが確実にされる限り、
数多くの適切なタイプの固体装置から選択できる。使用
する散逸性負荷は従来の分路抵抗器または電流散逸のた
めに使用する他の装置であってもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の電源および制動回路の機能的な全体
像を示すブロック図である。

【図２】 電流を抵抗性負荷に切りかえるための制動回
路の主要な素子を示すより詳細なブロック図である。

【図３】 （ａ）は制動中にモータから感知された電圧
に対して電流を負荷に通す切り替えタイミングを示すタ
イミング図であり、（ｂ）は画像形成パスについてのド
ラム速度対時間を示すグラフ図である。

【図４】 本発明のシステムを適用することの出来る画
像処理構成の一例を示す概略図である。

【符号の説明】

６ 電力および制動スイッチロジック、８ 停電検知回
路、１０ アナログ信号、１８ エンコーダ、２０ サ
ーボループ制御回路、ＩＣ７ 電圧比較器、ＭＣ４ モ
ータコントローラ、Ｍ３ ＤＣモータ、Ｒ５ 散逸性負
荷、Ｓ６ スイッチ。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 サーボループによって制御されるＤＣモ
   ータのダイナミック制動のための装置であって、 ＤＣモータ駆動装置によって供給されるＤＣバス電圧を
   感知して、前記ＤＣバス電圧を第１の基準しきい値電圧
   と比較する感知回路であって、前記ＤＣバス電圧が前記
   第１の基準しきい値電圧を超えると出力イネーブル信号
   を与え、前記ＤＣバス電圧が前記第１のしきい値電圧よ
   り低い第２のしきい値電圧レベルまで降下すると出力デ
   ィスエーブル信号を与える感知回路と、 散逸性負荷と直列に接続されて前記ＤＣモータのダイナ
   ミック制動を行う切り替え部材であって、前記感知回路
   から前記出力イネーブル信号および前記出力ディスエー
   ブル信号を受信するようにされて、前記出力イネーブル
   信号を受信した際には前記ＤＣバス電圧を前記散逸性負
   荷に接続して、前記ＤＣモータが減速するにつれて回生
   電流が前記ＤＣモータから流出するようにし、前記出力
   ディスエーブル信号を受信した際には前記散逸性負荷を
   前記ＤＣ電圧バスから切断する切り替え部材と、 を含むことを特徴とする装置。
2. 【請求項２】 ＤＣモータのダイナミック制動のための
   方法であって、 （ａ）前記ＤＣモータのＤＣモータ電機子電流を逆にす
   るステップと、 （ｂ）前記ＤＣモータ電機子電流を逆にすることによっ
   て生じるＤＣバス電圧を感知するステップと、 （ｃ）前記ＤＣバス電圧を第１のしきい値電圧と比較す
   るステップと、 （ｄ）前記比較によって前記ＤＣバス電圧が前記第１の
   しきい値電圧と、前記第１のしきい値電圧よりも低い第
   ２のしきい値電圧とを超えることが示されると、散逸性
   負荷を前記ＤＣバスに切り替えるステップと、 （ｅ）前記比較によって前記ＤＣバス電圧が前記第２の
   しきい値電圧よりも低くなったことが示されると、前記
   散逸性負荷を前記ＤＣバス電圧から切断するステップ
   と、 を含むことを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 モータの制動を制御する方法であって、 前記モータに逆トルク制御信号を与えるステップと、 前記モータの駆動装置にかかるＤＣ電圧バスと大地との
   間で発生される電圧信号を感知するステップと、 散逸性負荷を前記ＤＣバス電圧から大地に選択的に切り
   替えるステップと、 を含むことを特徴とする方法。