JPH01231693A - パルスモータ駆動制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、パルスモータ駆動回路に係り、特にファクシ
ミリ、プリンタ等の用紙搬送に好適なパルスモータ駆動
制御回路に関するものである。

〔従来の技術〕

パルスモータの基本的な励磁方式として、モータの巻線
電圧を回転数に対し一定とする定電圧励磁方式と、モー
タの巻線電流を回転数に対し一定とする定電流励磁方式
がある。

定電圧方式は、定電流方式と異なりフィードバック回路
が不要であるので、回路が簡単になり安価となるが、パ
ルスモータが高速になると、巻線インダクタンスと回転
に伴う逆起電力の影響により電流が流れにくくなるため
、高速でのトルクが不足する。その結果、高速を可能と
するために、高電圧を印加すると、低速で軸振動が発生
し、用紙の搬送精度の悪化と騒音が発生する。このため
、低速では低電圧を、高速では高電圧を印加する方式が
開示されている（実開昭６２−１５０００号公報参照）
。

一方定電流チョッピング方式は、回転数に対して巻線電
流を一定とする方式であり、高速応答性は良い。しかし
ながらこの方式では、巻線の励磁電流を検知するための
フィードバック回路が原理的に必要となるので、回路が
複雑となり、その結果大形、高価格となるので、適用範
囲が限られる。

さらに低速では、過電流のため上記と同じく軸振動に伴
う用紙搬送精度の悪化と騒音の発生がともなう。精度の
悪化と騒音の発生の対策として、巻線の励磁電流を回転
数に応じて電気回路で可変する方式が一方では開示され
ている（特開昭６１−２０３８９６号公報）。

［発明が解決しようとする課題〕 前者の従来技術は、電源を複数個必要とすることから、
価格が高くなることはさけられない。また高速応答性を
向上させる方法として外部抵抗と高電圧回路を組み合せ
たものもあるが、これとて低速時の振動の発生をおさえ
ることはできない上に、直列抵抗による熱の発生がある
。

後者の従来技術は、原理的にフィードバック回路を必要
とし、しかも頻繁に速度が可変する機器すなわちファク
シミリでは、励磁電流の設定と等しい数の抵抗と比較器
とスイッチをフィードバック回路内に必要となるため、
大形になり高価格となる。

また、−射的には定電流方式では、ダイオードＤを備え
ていないため、スイッチングトランジスタがオフ時に逆
起電力吸収用抵抗の発熱による電力消費があるため、ト
ランジスタのオン時にこれを償う電流があらかじめ余分
に必要となる。これを解決するためには、回路に外付け
のダイオードを設ける必要が有りコスト的に高くなるこ
とはこれとて避けられない。

本発明の目的は、定電圧励磁方式の特長である低価格化
と定電流チョッピング方式の特長である高速応答性を維
持しつつ、さらに低振動、低騒音化を実現するパルスモ
ータ駆動回路を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成するため、パルスモータを１個
の電源を用いて定電圧で駆動する制御回路において、各
相の巻線に印加される電圧のうち少なくとも１相の電圧
をスイッチングし、かつこのスイッチングの周波数及び
デユーティ（巻線印加電圧のオン／オフの割り合い）、
スイッチング開始時間のうちの少なくとも１つを回転数
に応じてプログラマブルに可変する手段を設けたもので
あり、各相への励磁４束を回転数に応じた最適値に設定
できるようにしたものである。

〔作　用〕

本発明のパルスモータ駆動制御回路において、電源電圧
スイッチング用のトランジスタは、パルスモータ駆動制
御回路内のＣＰＵより発振される各相への励磁信号とス
イッチング信号に従って、少なくとも１つの相の巻線へ
の印加電圧を回転数に応じてオン・オフ動作するもので
ある。この際パルスモータの回転数に対する励磁４束は
、オン・オフ動作の周波数、デユーティ、及びスイッチ
ング開始時間をプログラマブルに行うことで最適になる
ように設定されるので、低速での軸振動にともなう騒音
の低減、高速での応答性の向上が図られ、更にフィード
バック回路が不要となるので低価格化が図れる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図面に基づき説明する。

第１図は本発明の定電圧励磁方式におけるパルスモータ
駆動制御回路の構成の一実施例を示したもので、この図
においてパルスモータ１は電源２より相励磁切換え用ト
ランジスタを有するモータ駆動部３に供給される印加電
圧によってモータ１の巻線に順次電流が励磁されて駆動
する。パルスモータ駆動制御回路４は各相への励磁タイ
ミングパルスφ１〜φ、を作り出力するとともに、電源
２からモータ駆動部３に供給される印加電圧をモータ１
の回転またはモータ１により駆動される機器の状態量に
応じてプログラマブルに可変するパルスを発生するもの
であり、予め記憶した各速度に対応したスイッチングパ
ラメータを選択しながら最適なスイッチングパルスを作
成し、これを電源電圧スイッチング用トランジスタ５（
スイッチング用トランジスタ）のベースに出力される。

このパルスがスイッチング用トランジスタ５のベースに
与えられることによってスイッチング用トランジスタ５
がオン／オフしモータ駆動部３への印加電圧を変化させ
る。

ここで第１図では、ファクシミリのようにセンサ６が原
稿の情報量を読み取ってパルスモータの駆動速度を変化
させるパルスモータ駆動回路の例を示しであるが、他の
機器、例えばプリンタ等においても同様である。

第２図は第１図に示す本発明の駆動制御回路を具体的に
示したもので、この図において第１図と同符号のものは
同一部分である。ここで点線で囲んだ符号４で示すパル
スモータ駆動制御回路は、記憶回路４０、パルスモータ
用励磁信号発生回路４１及びスイッチング制御回路４２
を備えている。

次に上述した本発明の回路の動作について説明するが、
第２図では４相の巻線１ａ〜１ｄに対応する回路を示し
であるが、パルスモータの駆動でぽ４相が同じように動
作するので、ここではφ□相について代表して述べる。

パルスモータ駆動制御回路４は基準パルス（第４図のパ
ルスＰ１）を基に、励磁信号発生回路６内で分周された
各相励磁用のパルス列φ□〜φ、をそれぞれ出力する（
第４図のφ工〜φ４）。出力された１つのパルス列φ、
はパルスの立ち上りから立ち下り迄の間（逆の場合も有
りうる）をオン状態となるように相電流となって、モー
タ駆動部２のトランジスタ２ａのベースに与えられる。

このヨウにモータ駆動部２のトランジスタ２ａのベース
に相電流が供給されている状態がオンであり、供給され
ていない状態がオフである。この時モータ駆動部２がオ
ンしている間は、電源２からスイッチング用トランジス
タ５を経て巻線１ａに励磁電流が供給される。またトラ
ンジスタ５がオフの間は、各相のインダクタンス成分の
影響により、第２図に示すダイオードＤ２→巻線１ｂ→
巻線１ａ→トランジスタ２ａ→ダイオードＤ２の方向で
オン時の約１／２の電流ｉ。が磁束を維持する様に流れ
る。一方、信号発生回路４１より出力されたパルス列φ
１は前記したようなモータ駆動部のオン／オフ用励磁信
号の他に、電源電圧のスイッチングを行うことがあり、
これによって少なくとも１つの相の巻線への印加電圧を
回転数に応じてオン／オフ動作させてパルスモータの回
転数に対する磁束が最適とする必要がある。

このため、パルス列φ、はスイッチング回路４２に導び
かれプログラマブルに、回転数に対し最適となるような
オン／オフ動作のスイッチング周波数（ＣＹ）、デユー
ティ（Ｄ）及びスイッチング開始時間（ｔ　ｏ）のパラ
メータをあらかじめ記憶されている記憶回路４０から選
択し、パルス列φ、と重畳し、電源電圧スイッチング用
のパルス電流となりスイッチング用トランジスタ５のベ
ースに供給される。従ってスイッチング用トランジスタ
５は、回転数に応じたスイッチング条件でオン／オフさ
れることとなり、モータ駆動部２ａ〜２ｄへの印加電圧
が変化することになる。

ここで、プログラマブルにモータ回転数に応じたスイッ
チング条件を選択する方法を第３図のフローチャートに
従って説明する。初めに、記憶回路８０内に先頭アドレ
スから順番にスイッチングパラメータであるスイッチン
グ開始時間ｔ。、スイッチング周波数ＣＹ、デユーティ
Ｄを回転数ｎ□〜ｎＮまであらかじめ記憶させておく。

一方、制御回路４内では、レジスタＡに先頭アドレスが
設定されるとともにパルスモータ１の回転速度が先頭ア
ドレスの回転速度ｎ１と一致しているか判定を行い、不
一致の場合には下位アドレスに進む。

判定を繰り返す中で回転数が一致した場合には、レジス
タＡが示すアドレス、第３図では先頭アドレスからｔ。

パラメータを読取りその値を設定する。同じようにＣ，
、Ｄの値が設定されることによってモータ回転数に応じ
たスイッチングパラメータが選択されることになる。こ
の選択されたパラメータを基にスイッチングパルスが作
られ、スイッチング用トランジスタ５のベースに出力さ
れるものである。以上の動作をタイミングチャート（第
４図及び第５図参照）に従いより詳しく説明する。従来
の制御しない場合のパルスモータでは、各ドライバの励
磁信号φ□〜φ、は第４図に示した実線のような立ち上
り、立ち下りの間だけ電源電圧が巻線に印加されていた
が、本発明の実施例ではモータ１の回転数に従って巻線
の印加電圧がスイッチング用トランジスタ５がオン、オ
フ動作するため変化しく第４図のＰ２〜Ｐｓのような動
作）、その結果第２図のＰ２〜Ｐ５部に対応する巻線の
励磁電流が、オン、オフの周期によって順次可変するも
のである。実際には、パルスφ１が入力した後一定時間
ｔｃの間は電源電圧がそのまま通電される。このｔｏの
時間を回転数に合せて適宜選択することでモータトルク
が確保される。次に第５図の（ａ）に示したようにスイ
ッチング周波数（ＣＹ）　、及びデユーティ（Ｄ）が設
定されて、それに従いスイッチング用トランジスタ５が
オン、オフ動作する結果、各相はＰ２〜ＰＥのような励
磁電圧Ｅ、波形になる。この時、スイッチング用トラン
ジスタ５の出力は、第４図のＰ。に示すような頻繁にオ
ン、オフ動作したパルス状の電圧波形として現われる。

次に一定角度θ１をきざみながら回転するパルスモータ
の定電圧励磁方式において、本実施例のようなスイッチ
ングを行うことにより、パルスモータの高速応答性を維
持しながら低速時の騒音の発生やモータの発熱を抑制で
きることについて第６図を参照しながら説明する。従来
の定電圧方式では、モータの回転数に合せて電源電圧を
変える方式を採用しない限り、高速応答性で決定される
高電圧電源Ｅ）ｌによって、巻線には諸に高電圧が印加
されることになる。その結果、巻線Ｐ２部の励磁４束は
第５図の（ｂ）に示したＨ８の波形となる。この磁束Ｈ
９が低速時においてもモータに励磁されるとなれば、負
荷に対してモータトルクが大き過ぎることとなり、モー
タ軸の動きはパルスの入力後ただちに一定角度θ□の所
で制定できず、一定時間だけ大きな振動を繰り返すこと
になる。この軸振動の発生によってモータは正転（Ｒｆ
）や逆転（Ｒｒ）をするため、モータ軸以後にあるギア
と衝突を行い、騒音が発生する（第６図の特性ａ）。一
方、電源電圧をスイッチング制御することによって第５
図の（ｂ）に示した磁束波形Ｈ工のようにモータへの励
磁エネルギが少なくなることで、軸の動きがなめらかに
動作することとなり、第６図の特性すのように可変電圧
制御の低電圧時と同じような軸振動効果が現われる。こ
れは低速時での励磁エネルギが少いことで、パルスモー
タの回転きざみ角（ステップ角）θ□に制定されるのが
素早くなるため、ギアとの歯当り音も小さく、またモー
タの発熱も入力エネルギが少ない分だけ低減できるもの
である。

以上本発明のようにパルスモータ駆動制御回路４によっ
てプログラマブルに管理されたスイッチング制御を１個
の電源電圧２に対して行うことにより、パルスモータの
駆動を回転数に応じて最適な相励磁４束で印加すること
ができることとなる。

このため、騒音の発生やモータの発熱の防止の他に、相
切換え時や高速時のトルク不足及び脱調等に対してもス
イッチング開始時間１ｃの変更等のパラメータの変更で
容易に対処できるものである。

また本発明の実施例によれば、第２図に示したように電
源電圧スイッチング用トランジスタ５がオフ時に発生す
る逆起電力による循環電流を相切換え用のトランジスタ
に内蔵されたダイオードによって電流ループを形成する
ことができるので、従来の外付はダイオードを用いるこ
となく電力消費の少ない高効率な回路とすることができ
る。なお本実施例は、ＣＰＵによるソフト制御を主体と
したパルスモータの駆動制御回路を示したが、上記と同
様な効果を論理回路で構成することもできることを記す
とともに、第２図ではスイッチング用トランジスタ５が
１個の場合について述べているが、２個以上のトランジ
スタで各相を制御しても同様以上の効果が期待できる。

以上述べたように、本発明は、総てのパルスモータ駆動
の際に実施できるものである。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明によれば１個の定電圧電源
で定電流励磁方式のようなフィードバック回路を用いる
ことなく簡単な回路によって、パルスモータの高速応答
性を維持しつつ、低速時における軸振動の発生やモータ
の発熱が抑制できパルスモータ駆動制御回路を低コスト
で提供することができる。特に本発明は、ファクシミリ
のように原稿によって、駆動速度が頻繁に変化するよう
な機器に適用して好適である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の制御回路構成の一実施例を示す図、第
２図は第１図に示す本発明の回路の具体的実施例を示す
図、第３図は本発明の実施例における動作フローを示す
フローチャート図、第４図は本発明の実施例における動
作タイミング図、第５図はパルスモータの巻線における
励磁電圧、電流波形磁束の詳細を示す特性図、第６図は
本発明によるモータ軸の挙動を説明した特性図である。 １・・・モータ、２・・・電源、３・・・モータ駆動部
、４・・・パルスモータ駆動制御回路、５・・・電源電
圧スイッチング用トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．　入力パルスに従ってある一定角度だけ回転する機
   能を有するパルスモータの各相の巻線に順次励磁電流を
   供給して、パルスモータを駆動する定電圧パルスモータ
   駆動回路において、各相のうち少なくとも１相に加わる
   電圧をスイッチングし、かつこのスイッチングの周波数
   、デューティ、及びスイッチング開始時間のうちの少な
   くとも１つをパルスレートに応じて可変する手段を備え
   たことを特徴とするパルスモータ駆動制御回路。