JP3547880B2 - モータ制御回路 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを制御する制御回路に関するものであって、例えば複写機等の機内を冷却するために用いられるファンモータの制御回路に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複写機等のＯＡ機器は、構造上機内が極めて高温となり、過熱による機器の損傷を防止するために、冷却用ファンモータが設置されている。この種のファンモータは、ファンモータの損傷防止、消費電力の低減、長寿命化等の理由から、各種の機能が付属されており、その中にファンモータが回転不能となっても回路に熱的損傷を受けないようにする制御機能がある。
【０００３】
例えば、図５にその機能を持つ従来のファンモータ制御回路を示している。即ち、ファンモータのステータコアに巻設されている二相の駆動コイルＬ１，Ｌ２は、この一端が駆動制御手段としてのモータ駆動用ＩＣＤＩＣの出力端子５，１０に接続され、他端が電源電圧Ｖｃｃに逆流防止用ダイオードＤ１を介して接続されている。また、モータ駆動用ＩＣＤＩＣには、回転位置検出手段としての永久磁石ロータの磁極の切り換わりを検知してロータの回転位置を検出するホール素子ＨＥがホール素子入力端子１，２に接続され、この検出信号に応じて駆動用コイルＬ１，Ｌ２への出力電流の切り換えがなされる。
【０００４】
前記モータ駆動用ＩＣＤＩＣは、図７に示すようにコンデンサＣがコンデンサ入力端子３に接続されており、コンデンサＣを充電する充電回路３０と、コンデンサＣの端子電圧が予め設定された上限しきい値に到達した時にコンデンサＣ１を放電させる放電回路３１と、これらの両回路の間に接続されたトランジスタＴｒとを有し、コイルＬ１，Ｌ２への出力電流を一定のデュ−ティ比の間欠電流とすることでコイルの焼損を防止する焼損防止手段として動作させる。
【０００５】
このＩＣＤＩＣの動作を図６の波形図を用いて説明する。トランジスタＴｒのベースには、ホール素子ＨＥからの検出信号に基づく磁極の切り換わりに応じた方形波信号が入力され、例えばハイ信号が入力されるとトランジスタＴｒはオンとなり、コンデンサＣはトランジスタＴｒを介して放電される。そして、ロウ信号が入力されるとトランジスタＴｒはオフとなり、コンデンサＣ１は充電回路３０により充電される。この充放電は、上述の通りホール素子ＨＥからの検出信号を基にして切り換わるため、回転状態では、永久磁石ロータの磁極が頻繁に切り換わると同時に、トランジスタＴｒもオンオフし、充放電も頻繁に切り換わり、この結果、コンデンサＣの端子電圧はロウレベルになる（図６の期間Ａ）。
【０００６】
ところが、何らかの原因により回転が阻止されロック状態となると、永久磁石ロータの磁極の切り換わりが検出されなくなる。この時、トランジスタＴｒはオフ状態となり、コンデンサＣは充電され続け、コンデンサＣの端子電圧は上昇する（図６の期間Ｂ）。そしてコンデンサＣの端子電圧が予め設定された上限しきい値に達すると、これが充電回路３０等で検出され、充電回路３０による充電動作が停止すると同時に、今度は放電回路３１が作動し、コンデンサＣの放電が開始される（図６の期間Ｃ）。その後、コンデンサの端子電圧が予め設定された下限しきい値まで放電されると、これが放電回路３１等で検出され、放電回路３１による放電動作が停止すると同時に、充電回路３０が作動し、再び充電動作が行われる。このように、充電及び放電の制御を行う充放電制御手段は、それぞれの充電回路３０及び放電回路３１に設けられている。そして、ロック状態が続く限りコンデンサに対する下限しきい値までの放電と、上限しきい値までの充電との動作が繰り返される。この時、コイルへの出力電流は、コンデンサが充電される時のみ、つまり期間Ｂのみ通電され、ロック状態においてはコイルへの出力電流が間欠的に流されるようになり、結果として過熱が防止される。このようにして、ロック状態に駆動用ＩＣＤＩＣやコイルの焼損、及びハウジングやインペラ等の熱変形が防止される（保護機能）。なお、ロック状態から回避されると自動的に回転状態に復帰する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のモータの駆動回路にあっては、ロータが完全に停止したロック状態には、ホール素子ＨＥが磁極の切り換わりを検出しないので、上述のように保護機能が作動しコイルに電流が流れ続けて回路等が損傷することを防止できる。しかしながら、ロ−タがロックされてもその回転を阻止する拘束力が弱い場合は、完全なロック状態とはならず、ホ−ル素子ＨＥに永久磁石ロ−タの磁極の境界部分が対向する場合には、永久磁石ロ−タが正逆方向に繰り返し動く、いわゆる振動状態となることがある。この場合、永久磁石ロータは回転しないがホール素子ＨＥは磁極の切り換わりを繰り返し検出してしまうため、ホール素子ＨＥからの検出信号が入力されるモータ駆動用ＩＣＤＩＣは回転状態にあると認識し、図６の期間Ａと同様に電流が供給され続ける。しかしながら、モータは回転していないためコイルに供給された電流の電気エネルギーが回転エネルギーに消費されず、熱エネルギーとなりコイルの温度は上昇し続ける。これにより、駆動用ＩＣＤＩＣやコイルの焼損、及びハウジングやインペラ等の熱変形が生じ、モータの制御が不能となることがあった。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、モータがいかなる回転状態にあっても、その状態を正しく認識しモータの構成部品に損傷を与えることなく回転制御することができるモータ制御回路を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明のモータ制御回路は、モータの永久磁石ロータにおける磁極の切り換わりを検知してロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりに応じてモータの各相コイルへの供給電流を切り換える駆動制御手段と、回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりがなくなったことを検知して各相コイルへの供給電流を一定のデューティ比の間欠電流としてコイルの焼損を防止する焼損防止回路と、該回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいてロータの回転数を検出し、該回転数が通常回転状態の回転数より低い規定値以下に低下したことを判別する回転数判別手段とを備え、該回転数判別手段の判別信号により該焼損防止手段を強制的に機能させるようにしたことを特徴としてなる。
【００１０】
特に、該焼損防止手段は、コンデンサと、該コンデンサを充電する充電回路と、充電された該コンデンサを放電する放電回路と、前記回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいてコンデンサの充放電を行うトランジスタと、該コンデンサの端子電圧が上限しきい値に達した時に該放電回路を作動させると共に該コンデンサの端子電圧が下限しきい値に達した時に該充電回路を作動させる充放電制御手段と、を備えてなり、該駆動制御手段は、該コンデンサの端子電圧が上限しきい値に到達するまでの間、各相コイルへ電流を供給するように構成されており、該回転数判別手段の判別信号は、該トランジスタによる該コンデンサの充放電を抑制するように機能する。
【００１１】
また、本発明のモータ制御回路は、上記課題を解決するために、モータの永久磁石ロータにおける磁極の切り換わりを検知してロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりに基づいてモータの各相コイルへの出力電流を切り換える駆動制御手段と、
回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりがなくなったことを検知して各相コイルへの出力電流を一定のデューティ比の間欠電流としてコイルの焼損を防止する焼損防止手段と、該回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいてロータの回転数を検出し、該回転数が通常回転状態の回転数より低い規定値以下に低下したことを判別する回転数判別手段とを備えてなり、該回転数判別手段は、該回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいた方形波信号を三角波信号として発生させる三角波発生回路と、該三角波信号のピーク値をホールドするピークホールド回路と、該ピークホールド回路でホールドされたピーク値と予め設定された参照値とを比較する比較回路とからなり、該比較回路の出力信号が該判別手段となるようになっている。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るモータ制御回路の実施の形態について説明する。図１は、複写機等の機内を冷却するために用いられるファンモータ制御回路の実施例である。なお、実施例において、従来と同一又は相当する部位は、同一の符号が付されている。
【００１３】
図１は、ファンモータとしての二相ブラシレス直流モータの駆動回路を示し、直流電圧Ｖｃｃを動作電圧として供給する正電源端子ｔｖに抵抗Ｒ１及び逆流防止用ダイオードＤ１を介してモータ駆動用コイルＬ１，Ｌ２の一端がそれぞれ接続され、その他端がモータ駆動用ＩＣＤＩＣの出力端子５，１０に接続されている。このコイルＬ１，Ｌ２に電流を流して励磁することによりモータの永久磁石ロータを回転させるものである。
【００１４】
駆動用ＩＣＤＩＣには、ホール素子入力端子１，２がありロータの回転位置を永久磁石の磁極の切り換わりを検出するホール素子ＨＥが接続されている。この検出信号に応じて、コイルＬ１，Ｌ２に流す電流が制御される。駆動用ＩＣＤＩＣの電源入力端子１４は抵抗Ｒ２を介して正電源端子ｔｖに接続されている。
【００１５】
前記コイルＬ１，Ｌ２の他端側には、ダイオードＤ２，Ｄ３が接続されており、それぞれダイオードＤ２，Ｄ３はツェナーダイオードＺＤに接続され、ツェナーダイオードＺＤは、トランジスタＴｒ１のベースに接続されている。トランジスタＴｒ１のコレクタ側は、直列接続された抵抗Ｒ６とコンデンサＣ１との接続点Ｎに接続され、この抵抗Ｒ６の一端は正電源端子ｔｖに接続されコンデンサＣ１の一端は接地されている。これらにより三角波発生回路２２を構成し、コイルＬ１，Ｌ２を交互にオンオフした際に生じるコイルの誘導電流がツェナーダイオードＺＤで方形波信号に変換されると共に、この方形波信号によりトランジスタＴｒ１がスイッチングされ、トランジスタＴｒ１のオンオフに従ってコンデンサＣ１が充放電する結果、抵抗Ｒ６とコンデンサＣ１との接続点Ｎに三角波信号が発生する。
【００１６】
この三角波信号は、ピ−クホ−ルド回路２３に入力される。このピ−クホ−ルド回路２３は、コンパレータＣＯ１とダイオ−ドＤ４とコンデンサＣ２とからなり、三角波信号のピ−ク値をホ−ルドして出力する。更に、三角波信号のピ−ク値は、抵抗Ｒ７とコンデンサＣ３とからなる平滑回路２４に入力され、平滑化された後、次段の比較回路２５に入力される。比較回路２５では、平滑回路２４からの平滑信号と直流電圧Ｖｃｃを抵抗Ｒ８と抵抗Ｒ９で分圧した電圧つまり基準電圧Ｖｒｅｆとがコンパレ−タＣＯ２で比較され、平滑回路２４からの平滑信号が基準電圧Ｖｒｅｆより高い場合にハイレベルの信号が出力され、低い場合にロウレベルの信号が出力される。このハイ及びロウレベルの信号の切り換わりは、ロータの回転数が高い時はロウレベル、低い時はハイレベルの信号が出力される。コンパレータＣＯ２の出力端子は、モータ駆動用ＩＣＤＩＣのコンデンサ入力端子３に接続されている。故に、三角波発生回路２２、ピークホールド回路２３、平滑回路２４、及び比較回路２５は、回転数を判別する回転数判別回路２６を構成している。
【００１７】
以上のモータの駆動回路の動作について説明する。電源をオンするとコイルＬ１，Ｌ２に初期電流が流れ、永久磁石ロータが回転するとこのロータの磁極に応じてホール素子ＨＥが検出信号を出力し、この信号に応じて駆動用ＩＣＤＩＣ内で磁極の切り換わりが検出される。そして、この磁極の切り換わりに応じて、コイルＬ１，Ｌ２に接続されたトランジスタ（図示せず）を交互にオン、オフさせて駆動コイルＬ１，Ｌ２を交互に励磁することにより、ロータを継続回転させるものである。
【００１８】
ロータの回転に際しては、コイルＬ１，Ｌ２がショートしないようにダイオードＤ１，Ｄ２が接続されている。コイルＬ１，Ｌ２のそれぞれの逆起電力は、三角波発生回路２２に送られて三角波信号に変換され、三角波信号のピーク値がピークホールド回路２３でホールドされ、平滑回路２４にて平滑された後、このピーク値が比較回路２５にて、基準電圧Ｖｒｅｆと比較され、この大きさによって出力された信号が駆動用ＩＣＤＩＣの入力端子３に入力される。前記の三角波は、通常の回転数を満たしているときは、図３（ａ）のようにピーク値は基準レベルｋ内に収まる。この時、比較回路２５の出力点Ｑからの出力信号（以下、判別信号と称す）はロウ信号である。ところが、回転数が低下するとホール素子ＨＥに対するロ−タの磁極の切り換わりが遅くなるため図３（ｂ）のように三角波信号の波形レベルが大きくなり、判別信号はハイ信号となる。このように、回転数によって判別信号が変化し、回転数が通常回転状態の回転数より低い規定値以下に低下したことを判別することが可能となる。
【００１９】
一方、駆動用ＩＣＤＩＣは、図２に示すように、充電回路３０と放電回路３１とを有し、これらの接続点ＲにはトランジスタＴｒのコレクタが接続されている。また、ＩＣＤＩＣの入力端子３は、前記の回転数判別回路２６からの出力信号が入力される。トランジスタＴｒのベースには、ホール素子ＨＥの検出信号に基づく信号が入力される。なお、入力端子３には、コンデンサＣが接続されている。
【００２０】
次に、通常回転状態、ロック状態及び振動状態における回路動作について図２及び図４を参照して説明する。図２において、通常回転状態は、従来と同様にトランジスタＴｒのベースに、磁極の切り換わりに応じた方形波信号が入力され、このトランジスタＴｒのオンオフによってコンデンサＣの充放電が繰り返される。永久磁石ロ−タの磁極は頻繁に切り換わるのでコンデンサＣの端子電圧はロウレベルになる（図４の期間Ａ）。
【００２１】
ロック状態では、磁極の切り換わりが検出されずトランジスタＴｒはオフ状態となり、コンデンサＣは充電回路３０によって充電される。一方、ロ−タは回転していないため回転数判別回路２６より判別信号としてハイ信号が出力され、これもコンデンサＣの充電に寄与し、端子電圧を上限しきい値まで強制的に到達させるように作用する。よってコンデンサＣは両者から充電されるので、図４の波形図の期間ＤのようにコンデンサＣの端子電圧は急激に上昇し上限しきい値まで充電される。その後、上限しきい値まで達すると放電回路３１が作動し下限しきい値まで放電する。この放電時、判別信号としてハイ信号が継続して出力されているので、端子電圧が下限しきい値に達するまでには充電時よりも時間を要し図４の期間Ｅのように放電される。充電時の期間ＤにはコイルＬ１，Ｌ２に電流が流されるが、期間ＥではコイルＬ１，Ｌ２への電流が停止される。結果としてコイルＬ１，Ｌ２への出力電流を一定のデュ−ティ比の間欠電流としてコイルの焼損を防止する焼損防止手段をなしている。よって、ロック状態には間欠的に電流が供給されることになり、回路等の過熱が防止される。
【００２２】
振動状態においては、永久磁石ロータの磁極の境界線がホ−ル素子ＨＥに対して正逆方向に移動するので、回転していないのにもかかわらず回転しているようにホール素子ＨＥからの検出信号によって認識されるが、この時、判別信号はロ−タが回転していないのでハイ信号を出力する。トランジスタＴｒは磁極の切り換えに応じてオンオフするため、コイルＬ１，Ｌ２に回転状態のようにコイルへ出力電流を供給しようとする。ところが、判別信号は回転数の低下を示すハイ信号が出力されるため、コンデンサＣは図４の期間Ｄのように上限しきい値まで充電される。即ち、判別信号は、コンデンサの端子電圧を上限しきい値まで強制的に到達させるように作用する。そして、上限しきい値まで達すると、放電回路３１が作動し下限しきい値まで放電される。この時、コイルＬ１，Ｌ２への出力電流は停止されるので、ロータは振動できず停止している。下限しきい値まで到達すると再び充電が開始されるので、コイルＬ１，Ｌ２への出力電流は開始されロータも回転しようとする。また、判別信号のハイ信号によりコンデンサの端子電圧が上限しきい値まで到達すると前記と同様にコイルＬ１，Ｌ２への出力電流は停止されロータの動作も停止する。このように、ロック状態と同様にコンデンサＣに充電されている時以外は、コイルへの出力電流は停止されているので、振動状態においてもコイルへの出力電流は間欠的に流れ、回路等の過熱は防止される。
【００２３】
このようにモータの回転に異常が生じ負荷が加わった状態、つまりロック状態及び振動状態においても、駆動コイルＬ１，Ｌ２へは間欠的に電流が供給されることで、回路等の損傷は防止される。
【００２４】
なお、前述した実施例では、充放電制御手段としてコンデンサＣの端子電圧が上限しきい値に達した時に放電回路３１を作動させる手段を放電回路３１内に設け、コンデンサＣの端子電圧が下限しきい値に達した時に充電回路３０を作動させる手段を充電回路３０内に設けるようにしたが、充放電制御手段を放電回路３１及び充電回路３０から別に設けてもよい。
【００２５】
【発明の効果】
本発明のモータの制御回路は、上述の構成を有しているので、次のような効果を奏する。即ち、回転数判別手段からの判別信号により焼損防止手段を強制的に機能させるようにしたので、回転位置検出手段ではロータの回転状態を正しく認識できない振動状態であっても正しく認識でき、モータ制御回路やモータの各部位等に損傷を与えることなく回転制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係るモータ制御回路を示す回路図である。
【図２】実施例に係る駆動用ＩＣを示す回路図である。
【図３】実施例に係るモータ制御回路の三角波信号を示す波形図である。
【図４】実施例に係るモータ制御回路におけるコンデンサの端子電圧とコイルへの出力電流の関係を示す波形図である。
【図５】従来技術に係るモータ制御回路を示す回路図である。
【図６】従来技術に係るモータ制御回路におけるコンデンサの端子電圧とコイルへの出力電流の関係を示す波形図である。
【図７】従来技術に係る駆動用ＩＣを示す回路図である。
【符号の説明】
ＨＥ ホール素子
Ｌ１，Ｌ２ コイル
ＤＩＣ 駆動用ＩＣ
Ｔｒ トランジスタ
Ｃ コンデンサ
２２ 三角波発生回路
２３ ピークホールド回路
２５ 比較回路
２６ 回転判別回路
３０ 充電回路
３１ 放電回路

Claims (2)

1. モータの永久磁石ロータにおける磁極の切り換わりを検知してロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりに基づいてモータの各相コイルへの出力電流を切り換える駆動制御手段と、
   回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりがなくなったことを検知して各相コイルへの出力電流を一定のデューティ比の間欠電流としてコイルの焼損を防止する焼損防止手段と、
   該回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいてロータの回転数を検出し、該回転数が通常回転状態の回転数より低い規定値以下に低下したことを判別する回転数判別手段とを備えてなり、
   該焼損防止手段は、コンデンサと、該コンデンサを充電する充電回路と、充電された該コンデンサを放電する放電回路と、前記回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいてコンデンサの充放電を行うトランジスタと、該コンデンサの端子電圧が上限しきい値に達した時に該放電回路を作動させると共に該コンデンサの端子電圧が下限しきい値に達した時に該充電回路を作動させる充放電制御手段と、を備えてなり、
   該駆動制御手段は、該コンデンサの端子電圧が上限しきい値に到達するまでの間、各相コイルへ電流を供給するように構成されており、該回転数判別手段の判別信号は、該トランジスタによる該コンデンサの充放電を抑制するように機能し、
   該回転数判別手段の判別信号により該焼損防止手段を強制的に機能させるようにしたことを特徴とするモータ制御回路。
2. モータの永久磁石ロータにおける磁極の切り換わりを検知してロータの回転位置を検出する回転位置検出手段と、
   回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりに基づいてモータの各相コイルへの出力電流を切り換える駆動制御手段と、
   回転制御時に該回転位置検出手段の検出信号に磁極の切り換わりがなくなったことを検知して各相コイルへの出力電流を一定のデューティ比の間欠電流としてコイルの焼損を防止する焼損防止手段と、
   該回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいてロータの回転数を検出し、該回転数が通常回転状態の回転数より低い規定値以下に低下したことを判別する回転数判別手段とを備えてなり、
   該回転数判別手段は、該回転位置検出手段からの検出信号の磁極の切り換わりに基づいた方形波信号を三角波信号として発生させる三角波発生回路と、該三角波信号のピーク値をホールドするピークホールド回路と、該ピークホールド回路でホールドされたピーク値と予め設定された参照値とを比較する比較回路とから構成され、該比較回路の出力信号が該判別手段となり、
   該回転数判別手段の判別信号により該焼損防止手段を強制的に機能させるようにしたことを特徴とするモータ制御回路。

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