JP2000333487A - ファンモータ駆動制御装置 - Google Patents

ファンモータ駆動制御装置

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JP2000333487A
JP2000333487A JP11138976A JP13897699A JP2000333487A JP 2000333487 A JP2000333487 A JP 2000333487A JP 11138976 A JP11138976 A JP 11138976A JP 13897699 A JP13897699 A JP 13897699A JP 2000333487 A JP2000333487 A JP 2000333487A
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fan motor
pulses
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power supply
rotation
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JP11138976A
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Yoshihiro Arai
義博 荒井
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Ricoh Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ファンモータの回転数を管理することによっ
て定着部への風量を制御する際、低コストで複数の回転
速度を設定すること、ファンモータの部品ばらつきや電
源電圧のばらつきが生じても、ファンモータの回転を一
定に保つこと、あるいは、ファンモータの部品ばらつき
や電源電圧のばらつきを考慮せずに、ファンモータをそ
の最小回転速度で使用すること、が可能なファンモータ
駆動制御装置を提供する。 【解決手段】 PWM発生ユニット12で、ファンモー
タ18への電源電圧をPWM制御するようにPWM制御
信号を発生し、トランジスタ14でファンモータ18へ
の供給電圧を変化させて回転速度を制御する。また、逆
起電力検出回路61で、ファンモータ18の駆動励磁波
形の起電力ノイズ部分から実回転パルスを検出し、一定
時間に検出された実回転パルス数によってファンモータ
18への供給電圧を帰還制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、プリンタ、コピー
機、ファクシミリ装置、等の画像形成装置におけるファ
ンモータ駆動制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、プリンタ、コピー機、ファクシミ
リ装置、等における画像形成部は、図8に示すように感
光体81、クリーニング部82、除電部83、帯電部8
4、露光部85、現像部86、転写部87、定着ローラ
88、加圧ローラ92、排紙ローラ89、等から構成さ
れ、感光体81は複数の搬送ローラ80によって回転駆
動される。この画像形成部では、帯電部84で一様に帯
電された感光体81に、画像データに基づいてレーザを
変調させて、露光部85で静電潜像を形成し、この静電
潜像の形成された感光体81に、現像部86でトナーを
付着させて現像する。そして、感光体81に付着したト
ナーを、図示しない記録紙カセットから転写部87に搬
送されてくる記録紙に転写し、そのトナーの付着した記
録紙を定着ローラ88及び加圧ローラ92へと搬送す
る。この定着ローラ88内には定着ヒータ93を有し、
この定着ヒータ93によって定着ローラ93を所定温度
に加熱・保持することによってトナーを記録紙に定着さ
せた後、排紙ローラ89によって図示しない排紙トレイ
等にその記録紙を排出する。また、転写完了した感光体
81はクリーニング部82で残留トナーを除去され、除
電部83で除電された後、帯電部84で帯電されて次の
静電潜像形成に向けて待機する。
【0003】このように、トナーを記録紙に定着させる
際、定着ローラ88は定着ヒータ93の点灯で高温に保
たれる。一方、機器内部には図示しないトナーホッパ等
に未使用のトナーを有するので、トナーの劣化を防ぐた
めに機器内部を低温に保つ必要がある。そこで、従来は
機器内に冷却ファン91、排風ファン90等を設けて、
高温である定着部(定着ローラ88、加圧ローラ93
等)とトナーを保有している部分間に風の流れを発生さ
せるように構成し、そのファンを駆動するための駆動モ
ータ(ファンモータ)を制御している。
【0004】例えば、図9に示すように機器の立ち上が
り時においては、できる限り早く使用可能状態にするた
め、ファンモータを停止して、定着ヒータ93をON
し、定着部が200度にいたるまで送風を止める。そし
て、定着部が200度にいたると、ファンモータを印字
時の50%から25%程度駆動させて待機する。この
後、印字時においては、定着部の温度によってトナーが
固まらないように、ファンモータを高速回転(100%
駆動)して定着部へ送る風量を最大にし、印字終了後の
待機時においては、再びファンモータを印字時の50%
から25%程度駆動させることによって、定着部の温度
を印字準備ができるための予備温度である中間温度(1
20℃)に保ち、かつ定着ヒータ93の発熱が機器内に
こもらないように最小の風量に制御する。つまり、待機
の初期は速やかに冷却するためにファンモータを中速回
転させ、後に低速回転させる。こうして、機器内に保有
されているトナーの温度が上がらないようにファンモー
タの駆動を制御している。なお、図9において(a)は
ファンモータと定着ヒータの駆動制御を示すタイミング
チャートであり、(b)は定着部の温度変化を示すもの
である。
【0005】このようなファンモータの駆動制御には、
ファンモータの電源をオン/オフして回転制御する方
法、又は電源電圧を予め複数用意して切り替える方法、
が用いられている。なお、コスト面で有利なパルス変調
方式(PWM)によるPWM制御では、PWM値を可変
として回転数/風量特性に基づいたオープンループ制御
が一般に行われている。この種の装置として関連するも
のには、特開平4−356063号公報、特開平6−1
78595号公報がある。
【0006】これに対し、近年、待機時の消費電力問
題、待機時の騒音問題、等が指摘され、できる限りファ
ンモータを精密に制御して、省エネルギー、低騒音を実
現することが望まれている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】従来の電源オン/オフ
方式(PWM制御)では、ファンモータにかかる電圧は
一定で所定の周期(秒オーダー)でオン/オフを繰り返
し、ファンモータが停止から最高速度に至るまでの時間
内でオフすることにより中間の速度を得ている。すなわ
ち、停止と最高速度に至るまでのファンモータの立ち上
がり部分を制御しようとしていたので、部品のばらつき
により速度が変化してしまう。特に、回転数は秒単位で
上下し、また風量を同一に設定しても騒音はそのピーク
を感知されるので、風量が同一でありながら電源オン時
に発生する音が大きく、騒音は小さくならないという問
題がある。一方、複数の電源電圧を備える方法では、コ
ストがかかるとともに、部品ばらつきが大きく、風量と
音を両立させる設定が難しく、機器により風量、あるい
は騒音の大きさにばらつきがある。
【0008】本発明の目的は、このような問題点を改善
し、ファンモータの回転数を管理することによって定着
部への風量を制御する際、低コストで複数種類の回転速
度を設定することが可能なファンモータ駆動制御装置を
提供することにある。また、本発明の他の目的は、この
ような問題点を改善し、ファンモータの部品ばらつきや
電源電圧のばらつきが生じても、ファンモータの回転を
一定に保つことが可能なファンモータ駆動制御装置を提
供することにある。さらに、本発明の他の目的は、この
ような問題点を改善し、ファンモータの部品ばらつきや
電源電圧のばらつきを考慮せずに、ファンモータをその
最小回転速度で使用することが可能なファンモータ駆動
制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】請求項1記載の発明は、
画像形成部内の冷却用ファンを駆動するファンモータ
と、ファンモータへ電圧を供給する電源と、ファンモー
タへの供給電圧をPWM制御するための信号を発生する
PWM発生ユニットと、PWM制御信号に基づいて前記
電源電圧を変化させるためのスイッチング手段と、スイ
ッチング手段の後段でファンモータへの供給電圧を平滑
する平滑手段と、を備え、PWM制御によってファンモ
ータへの供給電圧を変化させることによって、ファンモ
ータの回転速度を制御することに特徴がある。
【0010】請求項2記載の発明は、請求項1において
前記ファンモータの駆動励磁波形の起電力ノイズ部分に
よって実回転パルスを検出する実回転パルス検出手段
と、一定時間に検出される実回転パルス数をカウントす
るパルスカウント手段と、を備え、一定時間に検出され
た実回転パルス数によってファンモータへの供給電圧を
帰還制御することに特徴がある。
【0011】請求項3記載の発明は、請求項2において
前記一定時間にカウントされた実回転パルス数が、予め
設定されたファンモータの回転数に対応する期待パルス
数よりも少ない場合は、該期待パルス数を1STEP上
げて再設定し、予め設定されたファンモータの回転数に
対する期待パルス数よりも多い場合には、該期待パルス
数を1STEP下げて再設定することに特徴がある。
【0012】請求項4記載の発明は、請求項2又は3に
おいて前記一定時間にカウントされた実回転パルス数が
0である場合は、予め設定されたファンモータの回転数
に対する期待パルス数を再設定して、一定時間に検出さ
れる実回転パルス数を再カウントすることに特徴があ
る。
【0013】請求項5記載の発明は、請求項4において
前記ファンモータの異常を表示する表示手段を備え、前
記再カウントされた実回転パルス数が0である場合は、
ファンモータが停止していると判断して異常表示を行う
ことに特徴がある。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の一形態を図
面により説明する。 「第1の実施の形態」本実施形態は、画像形成装置にお
ける画像形成部でファンモータの回転数を管理してPW
M制御することによって、定着部への風量を調節するフ
ァンモータ駆動制御装置であって、請求項1記載の発明
を適用したものである。
【0015】図1は、本発明の実施の一形態におけるフ
ァンモータ駆動制御装置の構成を示す。CPU11は、
入力情報(各種入力信号)に基づいて画像形成部全体を
制御すると共に、ファンモータ18の回転数をPWM制
御する。
【0016】PWM発生ユニット12は、DC/DCコ
ンバータ回路からなり、ファンモータ18への電源電圧
をPWM制御のデューティ比率で出力するようにPWM
制御信号を発生する。
【0017】電源13は、画像形成装置内の電源であっ
て、ファンモータ18へ電源電圧(+24V)を供給す
る。
【0018】トランジスタ(Tr1)14は、PWM発
生ユニット12からのPWM制御信号に応じて電源13
をスイッチングする。本実施形態では、トランジスタ1
4による電源電圧のオン/オフ時間は約20μs(50
KHzPWMで)であって、従来のオン時間(約1秒前
後)よりも大幅に短縮されており、電源13のオン/オ
フは一定のままオンとして、例えば電源電圧を+24V
から+12Vというように直接にDC/DCスイッチン
グするように構成されている。
【0019】コイル(L1)15とコンデンサ(C1)
16は、LCフィルタを構成し、トランジスタ14によ
ってスイッチングされた電源電圧を平滑化する。
【0020】ダイオード(D1)17は、コイル15に
より発生する逆起電力を低下させるために設けられてお
り、トランジスタ14がOFFの場合にグランドよりダ
イオード17へ電流が供給される。
【0021】ファンモータ(M)18は、汎用のファン
モータであって、その制御波形は図2に示す通りであ
る。本実施形態では、PWM発生ユニット12が電源電
圧100%オンとなるようにPWM制御信号を発生した
場合は、ファンモータ18に+24Vの電圧が供給され
る。しかし、PWM発生ユニット12が電源13をPW
Mのオン・オフデューティ比率50%で出力するように
PWM制御信号を発生した場合は、トランジスタ14に
よるスイッチング動作によって+24Vがその50%に
変換され、コイル15により電圧が波うち、さらにコン
デンサ16によって平滑されて、+24Vの50%つま
り+12Vの電圧としてファンモータ18に供給され
る。なお、図示していないがオン・オフデューティ比2
5%の場合も、トランジスタ14のより短い間隔のスイ
ッチング動作、及びコイル15とコンデンサ16による
平滑化によって、+24Vの25%に変換されて+6V
の電圧がファンモータ18に供給される。このように、
電源電圧を変化させることによってファンモータ18の
部品ばらつきに拘わらず、その回転数を安定的に制御す
ることができる。
【0022】なお、図示しないROMには、装置全体を
制御するためのプログラム及びデータが格納されてお
り、この中には冷却ファンを駆動するファンモータ18
の制御情報も含まれる。ファンモータ18の駆動制御用
プログラムとしては、例えばファンモータ18の回転数
をモータ側の負荷の増大に応じて漸増させるためのPW
M制御に関するプログラムが格納されている。そして、
待機時における低速回転速度(印加電圧)を例えば6つ
のSTEPに分け、STEP数が大きくなるに従ってオ
ン時のパルス幅が長くなり、かつオフ時のパルス幅が相
対的に小さくなるように設定し、STEP数が大きくな
るに従って平均的な印加電圧が高くなりファンモータ1
8の回転トルクも大きくなるようにする。
【0023】本実施形態によれば、PWM制御信号によ
ってファンモータ18に供給する電源電圧を作成してい
るので、複数の電源電圧を具備する等、複雑な構成を必
要とせず、低コストで複数の回転速度を設定することが
可能である。
【0024】本実施形態では、トランジスタ14等がス
イッチング手段を構成し、コイル15、コンデンサ1
6、等が平滑手段を構成する。
【0025】「第2の実施の形態」本実施形態は、画像
形成装置における画像形成部でファンモータの回転数を
管理してPWM制御する際、実回転パルス数によってフ
ァンモータへの供給電圧を帰還制御することによって、
定着部への風量を調節するファンモータ駆動制御装置で
あって、請求項2記載の発明を適用したものである。
【0026】図3は、本発明の第2の実施の形態におけ
るファンモータ駆動制御装置の構成を示す。なお、CP
U11、PWM発生ユニット12、電源電圧(+24
V)13、トランジスタ(Tr1)14、コイル(L
1)15、コンデンサ(C1)16、及びダイオード
(D1)17、等については、第1の実施形態と概ね同
様の構成を有するので、同一符号を付与して説明を省略
する。
【0027】ファンモータ(M)18は、ステッピング
モータから構成されており、その内部構成は図4に示す
通りであって、コイル41〜44、ダイオード45〜4
8、そのモータをオン/オフするトランジスタ49〜5
2、及びトランジスタ49〜52を順次駆動させるLS
I40からなる。このファンモータ18は、図5に示す
ようにA相、逆A相(以下A_相)、B相、逆B相(以
下B_相)の4相から成り、4種類の制御信号により順
次回転方向に切り替えて励磁される。このとき、複数の
コイル41〜44は、ON/OFが切り替えられ、逆起
電力が発生している。この逆起電力は、ファンモータ1
8に供給される電源にノイズとしてフィードバックされ
る。
【0028】逆起電力検出回路61は、信号60を入力
してカウンタ/タイマ63にパルス信号62を出力す
る。この信号60は、電源13からの出力(ファンモー
タ18に供給される電源電圧)に、ファンモータ18の
コイル41〜44が生じる逆起電力ノイズがフィードバ
ックされて合成されたものであり、パルス信号62は、
逆起電力検出回路61が信号60中のノイズ成分をバン
ドパスフィルタで検出して増幅し、そのノイズと見なさ
れる波形からパルス信号として生成したものである。従
って、このパルス信号62のパルス数は、ファンモータ
18の実回転数を示すものとして利用できる。
【0029】カウンタ/タイマ63は、パルスカウンタ
とタイマからなり、逆起電力検出回路61からのパルス
信号62を入力して、ある期間(一定時間T)に何パル
ス入力されたかをカウントし、その結果をCPU11へ
伝えるものである。
【0030】本実施形態では、前述のように逆起電力検
出回路61でこの逆起電力のノイズ信号を取り出し、カ
ウンタ/タイマ63でこれをファンモータ18の実回転
数(実回転パルス数)として検知し、CPU11に帰還
をかけるように構成されている。
【0031】次に、図6を参照しながら本実施形態にお
けるファンモータ駆動制御について説明する。はじめ
に、画像形成装置の動作(印字動作等)に必要なPWM
値を設定する(ステップ600)。つまり、前述のよう
に装置の動作状態に応じて立ち上がりはOFFに、待機
時は50%から25%に、印字時は100%に設定す
る。そして、カウンタ/タイマ63をスタートさせとと
もに(ステップ601)、逆起電力検出回路61からの
パルス信号に基づいて逆起電力より生成されたパルスを
カウントし(ステップ602)、一定時間Tが経過する
とカウントを停止する(ステップ603)。
【0032】ここで、カウントした値(パルス数)と、
ステップ600で設定されたPWM値(期待した回転数
=期待パルス数)と、を比較する(ステップ604)。
その結果、カウントした値と目標の回転数とが一致した
場合は(ステップ604のYes)、ステップ601へ
戻って再び回転数を監視し、カウントした値と目標の回
転数とが不一致の場合は(ステップ604のNo)、さ
らに目標の回転数より多いのか少ないのか判定する(ス
テップ605)。その結果、カウントした値が目標の回
転数より多い場合は(ステップ605のNo)、PWM
値を1STEP下げ(ステップ607)、カウントした
値が目標の回転数より少ない場合は(ステップ605の
Yes)、PWM値を1STEP上げる(ステップ60
6)。この後、ステップ601に戻り、再設定されたP
WM値に基づいて回転数を監視する。
【0033】このようにファンモータ(ステッピングモ
ータ)18の実回転パルス数による帰還をかけることに
より、ファンモータ18の部品ばらつきや、電源13の
ばらつきが生じても、ファンモータ18の回転を一定に
保つことができる、つまり、ばらつきが機器間に発生し
ても、風量と音量を同一にする事ができるので、風量と
音を動作に一番適した設定にできる。
【0034】本実施形態では、逆起電力検出回路61等
が実回転パルス検出手段を構成し、カウンタ/タイマ6
3等がパルスカウント手段を構成する。
【0035】「第3の実施の形態」本実施形態は、画像
形成装置における画像形成部でファンモータの回転数を
管理してPWM制御するとともに低速回転時の停止を監
視することによって、定着部への風量を調節するファン
モータ駆動制御装置であって、請求項3〜5記載の発明
を適用したものである。
【0036】図7は、本発明の第3の実施の形態におけ
るファンモータ駆動制御を示す。なお、装置の全体構成
は第2の実施形態と概ね同様であるため、図3を用い、
同一構成には同一符号を付与して説明を省略する。
【0037】はじめに、前述のように装置の動作状態に
応じたPWM値を設定し(ステップ700)、タイマを
スタートして一定時間T内でのパルス数をカウントして
(ステップ701〜703)、そのパルス数が0か否か
を判断する(ステップ704)。その結果、パルス数が
目標値に対して0数しかカウントされなかった場合(ス
テップ704のYes)、先にステップ700で設定し
たPWM値(目標値)に拘わらず、PWMを100%に
再設定する(ステップ705)。そして、再びパルス数
をカウントし(ステップ706〜708)、そのパルス
数が0か否かを判断する(ステップ709)。その結
果、再びパルス数が0のままの場合は(ステップ709
のNo)、ファンモータ18が故障等により停止してい
ると判断して定着部の制御を停止するとともに、図示し
ない操作表示部の表示器(液晶表示器等)でオペレータ
に異常を表示する(ステップ710)。また、正常にカ
ウントされたパルス数が0でない場合は(ステップ70
9のYes)、ファンモータ18が復帰したと判断して
ステップ700に戻り、本来のPWM値設定を行う。
【0038】本実施形態では、第2の実施形態における
ファンモータ駆動制御に加えてファンモータ18の故障
等による駆動停止の監視を行うので、特に低速回転中の
駆動停止で装置内温度が異常に高温になることを回避
し、ファンモータ18を安心して低速回転で使用するこ
とができる。
【0039】なお、ファンモータ18は、部品ばらつ
き、電源電圧ばらつきにより、低速回転の時に停止して
しまう場合がある。一般には、十分保証される電源動作
範囲でしか使用しない様にしているが、消音するにあた
り、できる限り低速回転が望まれる。この低速回転は一
度回転を開始すれば維持できるが、外部からの意図的な
衝撃等によって一度停止すると、再び回転を開始するた
めの機動力はない。
【0040】前述の各実施形態におけるファンモータ駆
動制御装置を画像形成装置に備えることによって、ファ
ンモータ18の回転速度を制御して定着部へ複数の動作
に応じた風量を低コストで送ること、ファンモータ18
の部品ばらつきや電源電圧のばらつきが生じても、ファ
ンモータ18の回転を一定に保つこと、あるいは、ファ
ンモータ18の部品ばらつきや電源電圧のばらつきを考
慮せずに、ファンモータ18をその最小回転速度で使用
して騒音を抑制すること、が可能である。
【0041】本実施形態では、CPU11、図示しない
操作表示部の表示器、等が異常表示手段を構成する。
【0042】
【発明の効果】請求項1記載の発明によれば、PWM制
御により、一つの電源電圧を変化させて複数種類の供給
電圧を作成しているので、ファンモータの複数の回転数
にあわせた電源電圧回路を設けることなく、低コストで
複数の回転速度を設定することが可能である。
【0043】請求項2記載の発明によれば、実際に発生
する逆起電力により実回転パルス数を検出してPWM制
御に帰還をかけるので、ファンモータの部品ばらつき、
あるいは電源電圧(+24V)のばらつきが生じても、
ファンモータの回転を一定に保つことができる、従っ
て、これらのばらつきが機器間に発生しても、風量と音
量を一定にすることが可能となり、装置の動作に最適な
音量と風量を設定できる。
【0044】請求項3〜5のいずれかに記載の発明によ
れば、実際に発生する逆起電力により実回転パルス数を
検出してファンモータの停止を監視し、停止時には起動
動作に十分な電源電圧を供給できるので、ファンモータ
の部品のばらつき、あるいは電源電圧のばらつきを考慮
せずに、そのファンモータが持っている最小回転速度ま
で使用でる。従って、画像形成部における待機時の騒音
を可能な限り小さくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施の形態における画像形成装
置のファンモータ駆動制御装置の構成図である。
【図2】本発明の第1の実施の形態で用いるファンモー
タの制御波形を示す図である。
【図3】本発明の第2の実施の形態における画像形成装
置のファンモータ駆動制御装置の構成図である。
【図4】本発明の第2の実施の形態における画像形成装
置のファンモータの内部構成を示す図である。
【図5】本発明の第2の実施の形態におけるファンモー
タの4相の電圧と電源電圧のノイズ(パルス信号)を示
すタイミングチャートである。
【図6】本発明の第2の実施の形態におけるファンモー
タ駆動制御を示すフローチャートである。
【図7】本発明の第3の実施の形態におけるファンモー
タ駆動制御を示すフローチャートである。
【図8】従来の画像形成装置における画像形成部の構成
を示す図である。
【図9】従来の画像形成装置におけるファンモータと定
着ヒータのパルス制御、及び定着部の温度変化を示す図
である。
【符号の説明】
11 CPU 12 PWM発生ユニット 13 電源 14、49〜52 トランジスタ 15、41〜44 コイル 16 コンデンサ 17、45〜48 ダイオード 18 ファンモータ 40 LSI 61 逆起電力検出回路 62 パルス信号 63 カウンタ/タイマ

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】画像形成部内の冷却用ファンを駆動するフ
    ァンモータと、 ファンモータへ電圧を供給する電源と、 ファンモータへの供給電圧をPWM制御するための信号
    を発生するPWM発生ユニットと、 PWM制御信号に基づいて前記電源電圧を変化させるた
    めのスイッチング手段と、 スイッチング手段の後段でファンモータへの供給電圧を
    平滑する平滑手段と、 を備え、PWM制御によってファンモータへの供給電圧
    を変化させることによって、ファンモータの回転速度を
    制御することを特徴とするファンモータ駆動制御装置。
  2. 【請求項2】前記ファンモータの駆動励磁波形の起電力
    ノイズ部分によって実回転パルスを検出する実回転パル
    ス検出手段と、 一定時間に検出される実回転パルス数をカウントするパ
    ルスカウント手段と、 を備え、一定時間に検出された実回転パルス数によって
    ファンモータへの供給電圧を帰還制御することを特徴と
    する請求項1記載のファンモータ駆動制御装置。
  3. 【請求項3】前記一定時間にカウントされた実回転パル
    ス数が、予め設定されたファンモータの回転数に対応す
    る期待パルス数よりも少ない場合は、該期待パルス数を
    1STEP上げて再設定し、予め設定されたファンモー
    タの回転数に対する期待パルス数よりも多い場合には、
    該期待パルス数を1STEP下げて再設定することを特
    徴とする請求項2記載のファンモータ駆動制御装置。
  4. 【請求項4】前記一定時間にカウントされた実回転パル
    ス数が0である場合は、予め設定されたファンモータの
    回転数に対する期待パルス数を再設定して、一定時間に
    検出される実回転パルス数を再カウントすることを特徴
    とする請求項2又は3記載のファンモータ駆動制御装
    置。
  5. 【請求項5】前記ファンモータの異常を表示する表示手
    段を備え、 前記再カウントされた実回転パルス数が0である場合
    は、ファンモータが停止していると判断して異常表示を
    行うことを特徴とする請求項4記載のファンモータ駆動
    制御装置。
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