JP2749514B2

JP2749514B2 - 直流ブラシレスモータの駆動装置及び直流ブラシレスモータ

Info

Publication number: JP2749514B2
Application number: JP6086224A
Authority: JP
Inventors: 幸男伊丹; 光夫鈴木
Original assignee: Ricoh Co Ltd
Current assignee: Ricoh Co Ltd
Priority date: 1993-04-26
Filing date: 1994-04-25
Publication date: 1998-05-13
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JPH0795792A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、直流ブラシレスモータ
の駆動装置及び直流ブラシレスモータに係り、詳しく
は、レーザープリンター、デジタル複写機、レーザーＦ
ＡＸ等に用いられる高速ポリゴンスキャナ等の駆動装置
に適用することができ、特に、高周波スイッチングされ
たモータ駆動電流を平滑・直流化することなく、逆方向
電流を電源側に流れないようにすることができ、新たに
チョークコイル、コンデンサ及びダイオードを設けない
で済ませることができ、駆動装置の小型化、低コスト化
及び安定化を実現することができる直流ブラシレスモー
タの駆動装置及び直流ブラシレスモータに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、直流ブラシレスモータの駆動装置
には、駆動コイルの電流を位置検出信号の周期よりも短
い周期でオン・オフ動作させて回転速度を制御するもの
が知られている。この従来の電流ブラシレスモータの駆
動装置では、原理的に駆動効率を高くできるという利点
を有する。なお、この従来の直流ブラシレスモータの駆
動装置の欠点については、特開昭５８−９９２８９号公
報に開示されている。ここでは、駆動コイル電流の高周
波スイッチングによる障害電磁波が発生したり、比較的
低周波でスイッチングした場合の駆動コイルから、うな
り音が発生したりする等の問題が記載されている。ま
た、開示はされていないが、駆動コイルの通電用スイッ
チング素子に一般的なバイポーラトランジスタを用いる
と、高周波スイッチングによるスイッチング素子の損失
が大きくなるため、効率を上げるために設けたはずの高
周波スイッチングが実際には効率を下げることになると
いう問題が生じる。

【０００３】更に、インダクタンス素子から構成される
駆動コイルの電流を高周波スイッチング動作すると、オ
フの時に逆起電圧Ｖが生じる。この逆起電圧Ｖは、次の
（１）式で示される。

【０００４】

【数１】

【０００５】但し、Ｖは逆起電圧、ｉは駆動コイル、Ｌ
はコイルのインダクタンス、ｔは時間である。前述の如
く駆動コイルの電流を高周波スイッチング動作させてオ
フした時に生じる逆方向電圧Ｖは、スイッチングが高速
になる程大きくなり、その結果、スイッチング素子を保
護するために入っているダイオードを通って逆方向電流
が電源側に流れてしまい、駆動装置が正常に動作しなく
なるという問題がある。この逆方向電流が電源側に流れ
て駆動装置が正常に動作しなくなるという問題を解消す
る従来の直流ブラシレスモータの駆動装置については、
例えば特開昭５８−９９２８９号公報で報告されたもの
がある。ここでは、チョークコイル、コンデンサ、ダイ
オード等を用いて、高周波スイッチングされたモータ駆
動電流を平滑・直流化することにより、逆電流を電源側
に流れ難くすることができ、駆動装置を正常に動作する
ことができるという利点を有する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の直流ブラシレスモータの駆動装置では、モー
タ駆動電流を平滑・直流化するために新たにチョークコ
イル、コンデンサ、ダイオード等を設けなければならな
いため、その分駆動装置のコストが増加してしまうとい
う問題があった。また、モータ駆動電流を平滑・直流化
するためには、前述の如く、新たにチョークコイル、コ
ンデンサ、ダイオード等を設けなければならないうえ、
特にチョークコイルやコンデンサは、大型素子からなる
ため、その分駆動装置が大型化してしまうという問題が
あった。

【０００７】そこで、本発明は、高周波スイッチングさ
れたモータ駆動電流を平滑・直流化することなく、逆方
向電流を電源側に流れないようにすることができ、新た
にチョークコイル、コンデンサ及びダイオードを設けな
いで済ませることができるとともに、駆動効率が低下す
ることなく、ＭＯＳＦＥＴ自体の発熱を抑えて駆動装置
としての信頼性を確保することができるようにして、駆
動装置の小型化、低コスト化及び安定化を実現すること
ができる直流ブラシレスモータの駆動装置及び直流ブラ
シレスモータを提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
上記課題を解決するために、目標速度信号と回転子の回
転速度信号とを比較して速度制御電圧信号を出力する速
度制御回路と、該速度制御回路から出力した速度制御電
圧信号を、該速度制御電圧信号に対応したパルス幅に変
換して速度制御パルス信号を出力するパルス幅変調回路
と、モータから出力した位置検出信号によって駆動コイ
ルの通電を切り換える通電切換信号を出力する通電切換
回路と、該通電切換回路から出力した通電切換信号と前
記パルス幅変調回路から出力した速度制御パルス信号と
を合わせて、駆動コイルの通電を前記パルス幅変調回路
の出力パルス幅で行うスイッチング回路とを有する直流
ブラシレスモータの駆動装置において、前記スイッチン
グ回路の駆動コイル通電用スイッチング素子をＭＯＳＦ
ＥＴ（ＭｅｔａｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃ
ｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔ
ｏｒ）で構成するとともに、駆動コイルの駆動用電源と
接地の間にハイリップル電流型コンデンサを接続し、か
つ、前記ＭＯＳＦＥＴの入力部に蓄積電荷を充電または
放電する充・放電回路を設けたことを特徴とするもので
ある。

【０００９】請求項１記載の発明の作用を説明する。従
来、電流駆動型のバイポーラトランジスタは、スイッチ
ング速度が遅く、特にターンオフでは、電荷の蓄積によ
る遅れが大きくなる。この遅れは、電荷蓄積による電荷
の蓄積が多くなる大電流程大きくなる傾向にあり、素子
の発熱を生じて効率が低下してしまう。このため、バイ
ポーラトランジスタは、大電流の高速スイッチングにあ
まり適していない。これに対して、電動駆動型ＭＯＳＦ
ＥＴは、バイポーラトランジスタの約１０倍以上のスイ
ッチング速度を有するため、大電流の高速スイッチング
に適している。即ち、ＭＯＳＦＥＴを用いると、スイッ
チング素子の損失を小さくすることができるので、効率
を向上させることができる。しかしながら、インダクダ
ンス素子で構成される駆動コイルの電流を高周波スイッ
チング動作させると、オフのときに生じる逆起電圧が大
きくなり、この逆起電圧は、前述した（１）式から判る
ように、スイッチングが高速になる程大きくなってしま
う。このため、スイッチング素子を保護するために設け
られるダイオードを通って逆電流が電源側に流れてしま
い、駆動装置が正常に作動しなくなるという問題が生じ
る。

【００１０】そこで、請求項１記載の発明では、ハイリ
ップル電流型のコンデンサを駆動コイルの駆動用電源と
接地（ＧＮＤ）の間に接続して構成するため、駆動コイ
ル電流の高周波スイッチングに対してコンデンサが放電
と充電を繰り返して調節タンクとして機能させることが
できる。このため、逆方向電流を駆動コイル電流の高周
波スイッチングに対してコンデンサが放電と充電を繰り
返して調節タンクとして機能させることにより、高周波
スイッチングされたモータ駆動電流を平滑・直流化する
ことなく、電源側に流れないようにすることができるの
で、駆動装置を正常に作動させてその信頼性を向上させ
ることができるとともに、新たにチョークコイル、コン
デンサ及びダイオード等を設けないで済ませることがで
きるので、駆動装置の小型化及び低コスト化を実現する
ことができる。

【００１１】一方、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥ
Ｔの駆動回路の最適化を行なわないと、高速回転になる
と、ＭＯＳＦＥＴでのスイッチング損失が比較的大きく
なるので、ＭＯＳＦＥＴの発熱が大きくなり、信頼性が
低下することがある。ここで、ＭＯＳＦＥＴの動作を説
明すると、ＭＯＳＦＥＴはゲート・ソース間に数ボルト
の電位差を与えることで動作する電圧駆動型の半導体素
子であるが、入力部と出力部に絶縁膜を形成しているた
めに、３００〜１０００ｐＦの入力容量が存在する。Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ時には、この入力容量に対して充・放電を短
時間で行わないと、駆動効率が低下して、ＭＯＳＦＥＴ
自体が発熱してしまい、駆動装置として信頼性が低下し
てしまう。

【００１２】そこで、請求項１記載の発明では、ＭＯＳ
ＦＥＴの入力部に蓄積電荷を充電また放電する充．放電
回路を有するように構成するため、このゲート・ソース
間に設けた蓄積電荷を充・放電する回路により、ＭＯＳ
ＦＥＴの入力容量に対する充・放電を短時間で行うこと
ができるので、駆動効率が低下することなく、ＭＯＳＦ
ＥＴ自体の発熱を抑えて駆動装置としての信頼性を確保
することができる。

【００１３】請求項２記載の発明は、上記課題を解決す
るために、上記請求項１記載の発明において、前記充・
放電回路は、ゲートとソース間またはゲートと接地間、
若しくはゲートと電源間に接続した固定抵抗からなるこ
とを特徴とするものである。この場合、充・放電回路
を、ゲートとソース間またはゲートと接地間若しくはゲ
ートと＋電源間に接続した固定抵抗からなるように構成
するため、充・放電回路を簡単に構成することができる
ので、駆動装置が大型化することなく、低コストで信頼
性が高い構成の駆動装置を提供することができる。

【００１４】請求項３記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項２記載の発明において、前記固定抵抗
の抵抗値は、２００Ω以上１ＫΩ以下であることを特徴
とするものである。この場合、固定抵抗の抵抗値を、２
００Ω以上１ｋΩ以下になるように構成するため、ＯＡ
機器等で需要の高い数ワット〜３０ワット程度の電力で
動作する直流ブラシレスモータの駆動装置で小型化、低
コスト化及び高信頼性を実現することができる。

【００１５】請求項４記載の発明は、上記課題を解決す
るために、請求項１乃至３の駆動装置をモータと一体的
若しくは一体的に構成してなることを特徴とするもので
ある。この場合、請求項１乃至３の駆動装置をモータと
一体的若しくは略一体的に構成するため、駆動コイルへ
の電流供給配線を最小限にすることで、大電流の高周波
スイッチングによる障害電磁波の発生を抑えることがで
きる他、ＭＯＳＦＥＴの発熱を抑えることができるの
で、互いに発熱体である駆動装置とモータを略一体的に
構成してコンパクト化を図った直流ブラシレスモータに
用いても、信頼性の低下を抑えることができる。特に、
駆動装置を一体にして小型化を図った高速回転型の動圧
空気軸受型ポリゴンスキャナの信頼性を向上することが
できる。

【００１６】

【作用】まず、請求項１記載の発明の作用を説明する。
従来、電流駆動型のバイポーラトランジスタは、スイッ
チング速度が遅く、特にターンオフでは、電荷の蓄積に
よる遅れが大きくなる。この遅れは、電荷蓄積による電
荷の蓄積が多くなる大電流程大きくなる傾向にあり、素
子の発熱を生じて効率が低下してしまう。このため、バ
イポーラトランジスタは、大電流の高速スイッチングに
あまり適していない。これに対して、電動駆動型ＭＯＳ
ＦＥＴは、バイポーラトランジスタの約１０倍以上のス
イッチング速度を有するため、大電流の高速スイッチン
グに適している。即ち、ＭＯＳＦＥＴを用いると、スイ
ッチング素子の損失を小さくすることができるので、効
率を向上させることができる。しかしながら、インダク
ダンス素子で構成される駆動コイルの電流を高周波スイ
ッチング動作させると、オフのときに生じる逆起電圧が
大きくなり、この逆起電圧は、前述した（１）式から判
るように、スイッチングが高速になる程大きくなってし
まう。このため、スイッチング素子を保護するために設
けられるダイオードを通って逆電流が電源側に流れてし
まい、駆動装置が正常に作動しなくなるという問題が生
じる。

【００１７】そこで、請求項１記載の発明では、ハイリ
ップル電流型のコンデンサを駆動コイルの駆動用電源と
接地（ＧＮＤ）の間に接続して構成するため、駆動コイ
ル電流の高周波スイッチングに対してコンデンサが放電
と充電を繰り返して調節タンクとして機能させることが
できる。このため、逆方向電流を駆動コイル電流の高周
波スイッチングに対してコンデンサが放電と充電を繰り
返して調節タンクとして機能させることにより、高周波
スイッチングされたモータ駆動電流を平滑・直流化する
ことなく、電源側に流れないようにすることができるの
で、駆動装置を正常に作動させてその信頼性を向上させ
ることができるとともに、新たにチョークコイル、コン
デンサ及びダイオード等を設けないで済ませることがで
きるので、駆動装置の小型化及び低コスト化を実現する
ことができる。

【００１８】一方、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥ
Ｔの駆動回路の最適化を行なわないと、高速回転になる
と、ＭＯＳＦＥＴでのスイッチング損失が比較的大きく
なるので、ＭＯＳＦＥＴの発熱が大きくなり、信頼性が
低下することがある。ここで、ＭＯＳＦＥＴの動作を説
明すると、ＭＯＳＦＥＴはゲート・ソース間に数ボルト
の電位差を与えることで動作する電圧駆動型の半導体素
子であるが、入力部と出力部に絶縁膜を形成しているた
めに、３００〜１０００ｐＦの入力容量が存在する。Ｏ
Ｎ／ＯＦＦ時には、この入力容量に対して充・放電を短
時間で行わないと、駆動効率が低下して、ＭＯＳＦＥＴ
自体が発熱してしまい、駆動装置として信頼性が低下し
てしまう。

【００１９】そこで、請求項１記載の発明では、ＭＯＳ
ＦＥＴの入力部に蓄積電荷を充電また放電する充．放電
回路を有するように構成するため、このゲート・ソース
間に設けた蓄積電荷を充・放電する回路により、ＭＯＳ
ＦＥＴの入力容量に対する充・放電を短時間で行うこと
ができるので、駆動効率が低下することなく、ＭＯＳＦ
ＥＴ自体の発熱を抑えて駆動装置としての信頼性を確保
することができる。

【００２０】請求項２記載の発明では、充・放電回路
を、ゲートとソース間またはゲートと接地間若しくはゲ
ートと＋電源間に接続した固定抵抗からなるように構成
するため、充・放電回路を簡単に構成することができる
ので、駆動装置が大型化することなく、低コストで信頼
性が高い構成の駆動装置を提供することができる。請求
項３記載の発明では、固定抵抗の抵抗値を、２００Ω以
上１ｋΩ以下になるように構成するため、ＯＡ機器等で
需要の高い数ワット〜３０ワット程度の電力で動作する
直流ブラシレスモータの駆動装置で小型化、低コスト化
及び高信頼性を実現することができる。

【００２１】請求項４記載の発明では、請求項１乃至３
の駆動装置をモータと一体的若しくは略一体的に構成す
るため、駆動コイルへの電流供給配線を最小限にするこ
とで、大電流の高周波スイッチングによる障害電磁波の
発生を抑えることができる他、ＭＯＳＦＥＴの発熱を抑
えることができるので、互いに発熱体である駆動装置と
モータを略一体的に構成してコンパクト化を図った直流
ブラシレスモータに用いても、信頼性の低下を抑えるこ
とができる。特に、駆動装置を一体にして小型化を図っ
た高速回転型の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの信頼
性を向上することができる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に参照して説明
する。（実施例１）図１は本発明に係る直流ブラシレスモータの駆動装置の
第１実施例を示すブロック図であり、請求項１記載の発
明に対応している。図示例は、３相のブラシレスモータ
に適用する場合である。本発明の直流ブラシレスモータ
の駆動装置は、図１に示す如く、モータの目標速度信号
１ａと回転子の回転速度信号１ｂとを比較して速度制御
電圧信号１ｃを出力する速度制御回路１と、この速度制
御回路１から出力した速度制御電圧信号１ｃを、この速
度制御電圧信号１ｃに対応したパルス幅に変換して速度
制御パルス信号２ａを出力するパルス幅変調回路２と、
モータ５から出力した位置検出信号３ａによってモータ
５の駆動コイルの通電を切換える通電切換信号３ｂを出
力する通電切換回路３と、この通電切換回路３から出力
した通電切換信号３ｂとパルス幅変調回路２から出力し
た速度制御パルス信号２ａとを合わせて、駆動コイルの
通電をパルス幅変調回路２の出力パルス幅で行うスイッ
チング回路４とから構成されている。

【００２３】次に、図２は図１に示す速度制御回路１の
構成を示すブロック図であり、この速度制御回路１は、
速度及び位相の２のループからなる速度−位相制御回路
である。図２に示す如く、水晶発振回線等で作り出され
た精度の高い基準クロック信号である目標速度信号１ａ
と周波数発電機やホール素子信号等の回転数に比例した
出力を増幅、波形成形した回転子の回転速度信号１ｂが
周波数比較回路１１及び位相比較回路１２に入力され
る。各比較回路１１，１２は、目標速度信号１ａと回転
速度信号１ｂの周波数の比較及び位相の比較を行い、目
標速度との誤差信号１ｄ，１ｅを出力する。各比較回路
１１，１２のこの誤差信号１ｄ，１ｅは、加算回路１３
で加算された後、平滑回路１４及び位相補償回路１５で
低減補償されて速度制御電圧信号１ｃが出力される。

【００２４】次に、図３は図１によりパルス幅変調回路
２の構成を示すブロック図である。図３に示す如く、速
度制御電圧信号１ｃは、発振回路２１の三角波信号２１
ａと比較回路２２によって比較されてパルス波形に変調
される。この時、発振回路２１の発振周波数が変調周波
数となるが、この変調周波数は位置検出信号の周期より
も短い周期になる。

【００２５】次に、図４は図１に示す通電切換回路３の
構成を示すブロック図である。図４に示す如く、３相直
流ブラシレスモータの場合の位置検出回路３１には、モ
ータ５に配置されたホール素子等からの位置検出信号３
ａが入力され、ロジック回路３２で作り出される通電切
換信号３ｂがスイッチング回路４に出力される。次に、
図５は図１に示すスイッチング回路４の構成を示す回路
図、図６は図５に示すスイッチング回路５の駆動コイル
通電用スイッチング素子の構成を示す回路図である。図
５では、３相全波駆動型のスイッチング回路を示してい
る。ここでは、通電切換信号３ｂで選択された駆動コイ
ル通電用スイッチング素子４１がオンになり、さらに、
駆動コイル通電用スイッチング素子４１の入力は、全て
速度制御パルス信号２ａが入力されているので、駆動コ
イル５１に速度制御パルス信号２ａのパルス幅で通電が
行われる。なお、図５，６において、４２はダイオード
であり、５２〜５５は各々電源、電流検出素子、接地、
コンデンサである。

【００２６】次に、図７はバイポーラトランジスタのス
イッチング波形を示す図、図８はバイポーラトランジス
タとＭＯＳＦＥＴとのスイッチング時間の比較を示す図
である。図７，８から判るように、電流駆動型のバイポ
ーラトランジスタは、スイッチングが遅く、特にターン
オフでは、電荷の蓄積による遅れが大きくなる。この電
荷蓄積による遅れは、電荷の蓄積が多くなる大電流程大
きくなる傾向にあり、素子の発熱を生じて、効率の低下
に繋がる。このため、バイポーラトランジスタは、大電
流の高速スイッチングにあまり適していない。これに対
し、電圧駆動型のＭＯＳＦＥＴは、バイポーラトランジ
スタの約１０倍以上のスイッチング速度を有し、大電流
の高速スイッチングに適している。このため、ＭＯＳＦ
ＥＴを用いると、スイッチング素子の損失を小さくする
ことができるので、効率を上げることができる。

【００２７】しかしながら、インダクタンス素子である
駆動コイルの電流を高周波スイッチング動作させると、
オフの時に生じる逆起電圧Ｖは大きくなる。この逆起電
圧Ｖは、前述した（１）式に示す如く、スイッチングが
高速になる程大きくなり、その結果、スイッチング素子
４１を保護するために入っているダイオード４２を通っ
て逆電流が駆動用電源５２側に流れてしまい、駆動装置
が正常に動作しなくなるという問題がある。

【００２８】これに対し、本実施例では、ハイリップル
電流型のコンデンサ５５を駆動コイルの駆動用電源５２
と接地５４の間に接続して構成するため、駆動コイル電
流の高周波スイッチングに対してコンデンサ５５が放電
と充電を繰り返して調節タンクとして機能させることが
できる。このため、逆方向電流を駆動コイル電流の高周
波スイッチングに対してコンデンサ５５が放電と充電と
を繰り返して調節タンクとして機能させることにより、
高周波スイッチングされたモータ駆動用電源５２を平滑
・直流化することなく、電源５２側に流れないようにす
ることができるので、駆動装置を正常に作動させてその
信頼性を向上させることができるとともに、新たにチョ
ークコイル、コンデンサ及びダイオード等を設けないで
済ませることができるので、駆動装置の小型化及び低コ
スト化を実現することができる。更に、駆動コイル通電
用スイッチング素子４１を、ＭＯＳＦＥＴで構成するた
め、スイッチング素子の損失を抑えて効率を高くするこ
とができる。

【００２９】一方、スイッチング素子であるＭＯＳＦＥ
Ｔの駆動回路の最適化を行なわないと、高速回転になる
と、ＭＯＳＦＥＴでのスイッチング損失が比較的大きく
なるので、ＭＯＳＦＥＴの発熱が大きくなり、信頼性が
低下することがある。ここで、ＭＯＳＦＥＴの動作を説
明すると、ＭＯＳＦＥＴは、ゲート４１１とソース４１
２間に数ボルトの電位差を与えることで動作する電圧駆
動型の半導体素子であるが、入力部と出力部に絶縁膜を
形成しているために、３００〜１０００ｐＦの入力容量
が存在する。ＯＮ／ＯＦＦ時には、この入力容量に対し
て充・放電を短時間で行わないと、駆動効率が低下して
ＭＯＳＦＥＴ自体が発熱してしまい、駆動装置として信
頼性が低下してしまう。

【００３０】そこで、本実施例では、ＭＯＳＦＥＴの入
力部に蓄積電荷を充電また放電する充．放電回路４３を
有するように構成したため、ゲート・ソース間に蓄積電
荷を充・放電する充放電回路４３を設けることで、ＭＯ
ＳＦＥＴの入力容量に対する充・放電を短時間で行うこ
とができるので、駆動効率が低下することなく、ＭＯＳ
ＦＥＴ自体の発熱を抑えて駆動装置としての信頼性を確
保することができるようにした。

【００３１】図９は本発明に係る直流ブラシレスモータ
の駆動装置の第２実施例を示す図であり、その駆動装置
のスイッチング回路の構成を示す回路図である。なお、
本実施例は、請求項２記載の発明に対応している。本実
施例では、充・放電回路４３を、ゲート４１１とソース
４１２間またはゲート４１１と接地（ＧＮＤ）５４間若
しくはゲート４１１と＋電源５２間に接続した固定抵抗
４４で構成する。この接続された固定抵抗４４は、通電
時には、ＭＯＳＦＥＴのゲート４１１とソース４１２間
に数ボルトの電位差を生じ、ＭＯＳＦＥＴを駆動させる
ことができる他、非通電時は、入力容量の蓄積電荷を接
地５４または＋電源５２に対して充・放電することがで
きる。このため、ＭＯＳＦＥＴの駆動電圧を発生する回
路と入力容量の蓄積電荷の充・放電回路を同一の回路で
構成することができる。従って、充・放電回路を簡単に
構成することができるので、駆動装置が大型化すること
なく、低コストで信頼性が高い構成の駆動装置を提供す
ることができる。

【００３２】図10は本発明に係る直流ブラシレスモータ
の駆動装置の第３実施例を構成を示す回路図である。な
お、本実施例は請求項３記載の発明に対応している。小
型直流ブラシレスモータは、主に数ワット〜３０ワット
程度の電力が必要なので、信号処理系１０１とコイル通
電系１０２の駆動電圧を変えて構成するのが一般的であ
り、小型・低コスト化が容易である。例えば、信号処理
系１０１は、４〜５Ｖ前後、コイル通電系１０２は、１
２Ｖあるいは２４Ｖで構成することで、信号処理系１０
１の半導体や抵抗を小型化し、駆動装置全体の小型・低
コスト化を図ることができる。ＭＯＳＦＥＴ４１を含む
スイッチング回路４は、信号処理系１０１とコイル通電
系１０２を接続する回路であり、ＭＯＳＦＥＴは、信号
処理系１０１の駆動電圧で動作させることで、回路構成
が簡単になる。即ち、ＭＯＳＦＥＴのゲートとソース間
電圧ＶGSを４〜５Ｖ前後で駆動する。一方、抵抗で消費
される電力Ｗは、次の（２）式で与えられ、抵抗値Ｒが
小さくなる程電力Ｗが大きくなり、大型の素子が必要に
なる。

【００３３】

【数２】

【００３４】但し、Ｗは抵抗で消費される電力、ＶGSは
ＭＯＳＦＥＴのゲート・ソース間電圧、Ｒは固定抵抗の
抵抗値である。小型・低コスト化には、固定抵抗４４の
電力Ｗを標準的なチップ抵抗の許容電力である。１／８
ワットあるいは１／１０ワット以下にすることで、実装
面積も小さくなり、駆動装置の小型・低コスト化するこ
とができる。即ち、次の（３）式を満足するように抵抗
値Ｒを設定すると良い。

【００３５】

【数３】

【００３６】この（３）式からＲ≧５2 ×８Ωとなり、
Ｒ≧２００Ωとなる。一方、入力容量Ｃの充・放電時間
ｔは、次の（４）式で与えられ、抵抗値が小さい程充・
放電時間は短くなる。ＭＯＳＦＥＴが略２０ｋＨｚ（１
周期＝５０μｓｅｃ）でスイッチング駆動される時、充
・放電時間を５０μｓｅｃの１／５０〜１／１００程度
に抑えれば、駆動効率が低下することなく、ＭＯＳＦＥ
Ｔ自体の発熱を抑えて信頼性を確保することができる。
即ち、（５）式を満足するように抵抗値Ｒを設定すると
良い。

【００３７】

【数４】

【００３８】

【数５】

【００３９】この（４）、（５）式から、Ｒ≦１×１０
-6／Ｃ、Ｒ≦１×１０-6／１０００×１０-12 （但し、
Ｃ：ＭＯＳＦＥＴの入力容量（３００〜１０００ｐＦ）
となり、Ｒ≦１０００となる。このように、本実施例で
は、前記固定抵抗の抵抗値は、２０００Ω以上１ｋΩ以
下になるように構成するため、ＯＡ機器等で需要の高い
数ワット〜３０ワット程度の電力で動作する直流ブラシ
レスモータの駆動装置で小型化、低コスト化及び高信頼
性を実現することができる。

【００４０】図１１は本発明に係る直流ブラシレスモー
タの一実施例を示す断面図であり、請求項４記載の発明
に対応している。図示例では、上記各実施例の駆動回路
とブラシレスモータをポリゴンスキャナーに一体的に設
けた例を示している。図１１において、１１０はハウジ
ングであり、このハウジング１１０の底部中央部には固
定軸１１１が垂直に嵌入・固定されている。この固定軸
１１１の外周にはラジアル軸受面１１２（動圧空気軸
受）が設けられており、ラジアル軸受面１１２にはそれ
ぞれ動圧発生用のヘリングボーン溝１１３、１１４が周
方向等間隔に各一対形成されている。また、ラジアル軸
受面１１２は円筒状の回転軸１１５の内周面に対向して
おり、ラジアル軸受面１１２の内周面とが所定間隔を隔
てることにより、固定軸１１１に対して回転軸１１５が
回転可能になっている。回転軸１１５の上部には、ミラ
ー受けフランジ１１６が形成されるとともに、ミラー押
え１１７及びポリゴンミラー１１８が取付けられてい
る。また、ミラー押え１１７はその中心部にアキシャル
磁気軸受１１９を構成するマグネット１２１を保持して
いる。アキシャル軸受１１９は固定軸１１１の軸線上で
互いに反発し合う３つマグネット１２０、１２１、１２
２からなり、マグネット１２０がマグネット１２１の上
方で上ケース１２３に装着され、マグネット１２２が固
定軸１１１の上端に固定されることによって、回転軸１
１５、ミラー押え１１７、ポリゴンミラー１１８及びマ
グネット１２１からなる回転体が固定軸１１１から上方
に浮上するように付勢され、非接触で支持されている。
一方、１２４はポリゴンミラー１１８を駆動するアキシ
ャルギャップ型の面対向型のブラシレスモータである。
このモータ１２４は、回転軸１１５に固定されたロータ
マグネット組立体１２５と、その下面に対向し、ロータ
マグネット組立体１２５とアキシャル方向に所定間隔離
隔して配設された駆動コイル５１と、図示しないホール
素子とを有しており、ロータマグネット組立体１２５は
界磁用マグネット１２５ａをヨーク１２５ｂによって回
転軸１１５に一体的に実装したモータ構成部となってい
る。駆動コイル５１は駆動装置のコイル基板１２６に装
着されており、このコイル基板１２６は配線１２７を介
してハウジング１１０に取付けられている。

【００４１】このように本実施例では、第１乃至３実施
例の駆動装置をモータと一体的若しくは略一体的に設け
てなるように構成する。このため、駆動コイル５１への
電流供給配線を最小限にすることで、大電流の高周波ス
イッチングによる障害電磁波の発生を抑えることができ
る他、ＭＯＳＦＥＴの発熱を抑えることができるので、
互いに発熱体である駆動装置とモータを略一体的に構成
してコンパクト化を図った直流ブラシレスモータに用い
ても、信頼性の低下を抑えることができる。特に、駆動
装置を一体にして小型化を図った高速回転型の動圧空気
軸受型ポリゴンスキャナの信頼性を向上することができ
る。

【００４２】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、高周波ス
イッチングされたモータ駆動電流を平滑・直流化するこ
となく、逆方向電流を電源側に流れないようにすること
ができ、新たにチョークコイル、コンデンサ及びダイオ
ードを設けないで済ませることができるとともに、駆動
効率が低下することなく、ＭＯＳＦＥＴ自体の発熱を抑
えて駆動装置としての信頼性を確保することができるよ
うにして、駆動装置の小型化、低コスト化及び安定化を
実現することができる。

【００４３】請求項２記載の発明によれば、充・放電回
路を、ゲートとソース間またはゲートと接地間若しくは
ゲートと＋電源間に接続した固定抵抗からなるように構
成するため、充・放電回路を簡単に構成することができ
るので、駆動装置が大型化することなく、低コストで信
頼性が高い構成の駆動装置を提供することができる。請
求項３記載の発明によれば、固定抵抗の抵抗値を、２０
０Ω以上１ｋΩ以下になるように構成するため、ＯＡ機
器等で需要の高い数ワット〜３０ワット程度の電力で動
作する直流ブラシレスモータの駆動装置で小型化、低コ
スト化及び高信頼性を実現することができる。

【００４４】請求項４記載の発明によれば、請求項１乃
至３の駆動装置をモータと一体的若しくは略一体的に構
成するため、駆動コイルへの電流供給配線を最小限にす
ることで、大電流の高周波スイッチングによる障害電磁
波の発生を抑えることができる他、ＭＯＳＦＥＴの発熱
を抑えることができるので、互いに発熱体である駆動装
置とモータを略一体的に構成してコンパクト化を図った
直流ブラシレスモータに用いても、信頼性の低下を抑え
ることができる。特に、駆動装置を一体にして小型化を
図った高速回転型の動圧空気軸受型ポリゴンスキャナの
信頼性を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る直流ブラシレスモータの駆動装置
の第１実施例の構成を示すブロック図である。

【図２】第１実施例の速度制御回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図３】第１実施例のパルス幅変調回路の構成を示すブ
ロック図である。

【図４】第１実施例の通電切換回路の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】第１実施例のスイッチング回路の構成を示す回
路図である。

【図６】第１実施例のスイッチング回路のスイッチング
素子の構成を示す回路図である。

【図７】第１実施例のバイポーラトランジスタのスイッ
チング波形を示す図である。

【図８】第１実施例のバイポーラトランジスタとＭＯＳ
ＦＥＴとのスイッチング時間の比較を示す図である。

【図９】本発明に係る直流ブラシレスモータの駆動装置
の第２実施例を示すスイッチング回路の構成を示す回路
図である。

【図１０】本発明に係る直流ブラシレスモータの第３実
施例の駆動装置の構成を示す回路図である。

【図１１】本発明に係る直流ブラシレスモータの一実施
例の構造を示す断面図である。

【符号の説明】

１速度制御回路１ａ目標速度信号１ｂ回転速度信号１ｃ速度制御電圧信号１ｄ，１ｅ誤差信号２パルス幅変調回路２ａ速度制御パルス信号３通電切換回路３ａ通電切換信号４スイッチング回路５モータ７ａモータ駆動電流検出電圧信号７ｂ電流制限基準電圧信号８ａモータ起動信号８ｂ出力８ｃパルス波８ｄ論理積出力１１周波数比較回路１２位相比較回路１３加算回路１４平滑回路１５位相補償回路２１発振回路２１ａ三角波信号２２比較回路３１位置検出回路３２ロジック回路４１スイッチング素子４２ダイオード４３充放電回路４４固定抵抗５１駆動コイル５２駆動用電源５３電流検出素子５４接地５５コンデンサ１０１信号処理系１０２コイル通電系１１０ハウジング１２４ブラシレスモータ１２６コイル基板１２７配線４１１ゲート４１２ソース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H02P 6/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】目標速度信号と回転子の回転速度信号とを
比較して速度制御電圧信号を出力する速度制御回路と、
該速度制御回路から出力した速度制御電圧信号を、該速
度制御電圧信号に対応したパルス幅に変換して速度制御
パルス信号を出力するパルス幅変調回路と、モータから
出力した位置検出信号によって駆動コイルの通電を切り
換える通電切換信号を出力する通電切換回路と、該通電
切換回路から出力した通電切換信号と前記パルス幅変調
回路から出力した速度制御パルス信号とを合わせて、駆
動コイルの通電を前記パルス幅変調回路の出力パルス幅
で行うスイッチング回路とを有する直流ブラシレスモー
タの駆動装置において、前記スイッチング回路の駆動コ
イル通電用スイッチング素子をＭＯＳＦＥＴ（Ｍｅｔａ
ｌＯｘｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅ
ｌｄＥｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成す
るとともに、駆動コイルの駆動用電源と接地の間にハイ
リップル電流型コンデンサを接続し、かつ、前記ＭＯＳ
ＦＥＴの入力部に蓄積電荷を充電または放電する充・放
電回路を設けたことを特徴とする直流ブラシレスモータ
の駆動装置。
【請求項２】前記充・放電回路は、ゲートとソース間ま
たはゲートと接地間、若しくはゲートと電源間に接続し
た固定抵抗からなることを特徴とする請求項１記載の直
流ブラシレスモータの駆動装置。
【請求項３】前記固定抵抗の抵抗値は、２００Ω以上１
ＫΩ以下であることを特徴とする請求項２記載の直流ブ
ラシレスモータの駆動装置。
【請求項４】請求項１乃至３の駆動装置をモータと一体
的若しくは略一体的に構成してなることを特徴とする直
流ブラシレスモータ。