JPH04285427A - モータの制御回路 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、過電流保護機能を備え
たモータの制御回路に係り、詳しくは、保護動作時に生
じるモータ駆動用素子の過熱を防止するようにしたモー
タの制御回路に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ＤＣサーボモータの制御におい
ては、検出したモータの速度と基準速度とを比較し、そ
の両速度の差をパルスのパルス幅（デューティ比）に変
換して、そのパルスで駆動回路のトランジスタをＯＮさ
せて通電量を制御することによりモータの速度を一定に
維持するようになっている。このようなＰＷＭ（Ｐｕｌ
ｓｅＷｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）　の手法を用
いた制御では、上記トランジスタの選定および放熱設計
を行う際に、そのスイッチング周波数が重要な要素とな
っている。これは、ブラシ付モータおよびブラシレスモ
ータに共通するものである。以下に、３相ブラシレスモ
ータの制御回路について説明する。

【０００３】図４に示すように、この制御回路では、モ
ータ２１に設けられた図示しないホール素子による磁極
の位置検出信号に基づいて、分配器２２の出力端子Ｕ・
Ｖ・Ｗ・Ｘ・Ｙ・Ｚからタイミングの異なる通電切換信
号が出力される。出力端子Ｕ・Ｖ・Ｗからの通電切換信
号は、それぞれＮＡＮＤ回路２３〜２５を通じて、抵抗
Ｒ２１〜Ｒ２３でバイアスされるトランジスタＱ２１〜
Ｑ２３のベースに与えられる一方、出力端子Ｘ・Ｙ・Ｚ
からの通電切換信号は、それぞれ抵抗Ｒ２４〜Ｒ２６で
バイアスされるトランジスタＱ２４〜Ｑ２６のベースに
与えられる。

【０００４】一方、ＰＷＭ回路２６では、検出されたモ
ータ２１の速度と基準速度との差に応じたデューティ比
のパルス（以降、ＰＷＭパルスと称する）が発生し、こ
のＰＷＭパルスがＡＮＤ回路２７を通じてＮＡＮＤ回路
２３〜２５に入力される。すると、トランジスタＱ２１
〜Ｑ２３は、上記ＰＷＭパルスのデューティ比に応じて
ＯＮ・ＯＦＦが制御され、電源電圧ＶＣＣがモータ２１
の駆動コイル２１ａ〜２１ｃに印加される。

【０００５】また、過電流検出回路２８では、モータ２
１の駆動コイル２１ａ〜２１ｃに流れる駆動電流ＩＭ　
が、抵抗Ｒ２７により比較電圧に変換され、この比較電
圧がコンパレータ２９で基準電圧Ｖｒｅｆ　と比較され
る。 このとき、上記比較電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ　を越える
と、コンパレータ２９の出力信号がハイレベルからロー
レベルに反転して過電流を検出したことが示される。そ
して、そのローレベルの出力信号がＡＮＤ２７に入力さ
れることにより、ＰＷＭパルスの出力が停止され、モー
タ２１に流れる電流が制限される。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の制御回路に
おいては、図５の（ａ）および（ｃ）に示すように、低
加速（等速）モードによる制御時には、ＰＷＭパルスの
デューティ比が小さいため、駆動電流ＩＭ　が過電流検
出値ＩＯＣ以下となる。一方、高加速モードによる制御
時には、ＰＷＭパルスのデューティ比が１００％近くに
なるため、同図の（ｂ）に示す過電流検出回路２８の出
力信号と上記駆動電流ＩＭ　とがＰＷＭパルスの周波数
の数倍の周波数になり、トランジスタＱ２１〜Ｑ２３が
その周波数でＯＮ・ＯＦＦを繰り返すことになる。

【０００７】本来、駆動素子としてのトランジスタＱ２
１〜Ｑ２３は、そのスイッチング周波数が、ＰＷＭパル
スの周波数に合わせた設計マージンを考慮して設定され
ているので、上記のような高い周波数で動作すると、ス
イッチングロスを生じて発熱し、場合によっては過熱に
より破壊に至ることがある。特に、複写機に用いられる
ミラーモータのように急回転や急停止を繰り返すような
ものでは、上記のような事態を生じる可能性が高くなる
。

【０００８】従って、従来の制御回路では、このような
不都合を回避するため、放熱対策として冷却フィンや強
制空冷を行うファン等を設ける必要があり、部品点数の
増加や装置の大型化、コストの上昇等を招来するという
問題点があった。

【０００９】また、上記のようにして制御回路の冷却を
行っても、モータ２１がロックしたり、モータ２１に過
負荷が連続的にかかったりするような場合、モータ２１
に過大な駆動電流ＩＭ　が流れ続けて、駆動コイル２１
ａ〜２１ｃを焼損するおそれがあった。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明に係るモータの制
御回路は、上記の課題を解決するために、モータの速度
を検出する速度検出手段と、そのモータの速度と基準速
度とを比較して両速度の差を検出する速度比較手段と、
その速度差を一定周波数のパルスのパルス幅に変換する
パルス幅変換手段と、上記パルスにより上記モータへの
通電を行うトランジスタを有する駆動手段と、上記モー
タに流れる電流が過電流であることを検出する過電流検
出手段と、過電流の検出により上記モータに流れる電流
を制限する電流制限手段とを備えたモータの制御回路に
おいて、以下の手段を講じていることを特徴としている
。

【００１１】すなわち、上記モータの制御回路は、過電
流が検出されると上記パルスの出力を停止させて上記モ
ータへの通電を停止させる通電停止手段と、上記パルス
の立ち上がりを検出する立ち上がり検出手段と、上記パ
ルスの立ち上がりが検出されると上記パルスを出力させ
て上記モータへの通電を復帰させる通電復帰手段とを備
えている。

【００１２】

【作用】上記の構成では、過電流検出手段により過電流
が検出されると、通電停止手段によりモータへの通電が
停止する。その後、立ち上がり検出手段によりパルス幅
変換手段のパルスの立ち上がりが検出されると、通電復
帰手段によりモータへの通電が復帰する。

【００１３】それゆえ、連続して過電流が検出された場
合でも、モータへの通電が上記パルスの基本周波数で行
われ、駆動手段におけるトランジスタがその基本周波数
より高い周波数でＯＮ・ＯＦＦすることはなくなる。従
って、スイッチングロスをなくして上記トランジスタの
異常な発熱を防止することができる。また、モータへの
通電を制御するので、モータがロックしたような状態で
は、モータの発熱を抑制することができる。

【００１４】

【実施例】本発明を３相ブラシレスモータに適用した一
実施例を図１ないし図３に基づいて説明すれば、以下の
通りである。

【００１５】本実施例に係る制御回路は、図１に示すよ
うに、速度検出部１、基準発振器２、速度比較部３、Ｐ
ＷＭ回路４、過電流検出回路５、微分回路６、フリッッ
プフロップ回路７、ＡＮＤ回路８および駆動回路９を備
えている。

【００１６】速度検出手段としての速度検出部１は、光
学的手段（フォトエンコーダ）等を用いてモータ１０の
回転数を速度として検出するようになっており、その回
転数に応じた速度検出パルスを発生する回路である。速
度比較手段としての速度比較部３は、上記速度検出パル
スと基準発振器２で発生する基準クロックとを周波数お
よび位相で比較して、検出速度と基準クロックに応じた
基準速度との速度差を誤差電圧として出力する回路であ
る。

【００１７】パルス幅変換手段としてのＰＷＭ回路４は
、図示はしないがコンパレータを備えており、このコン
パレータの一方の入力端子に三角波を入力させ、他方の
入力端子に上記誤差電圧を入力させて、両者のレベルを
比較することにより上記誤差電圧に応じたデューティの
ＰＷＭパルスを出力する回路である。

【００１８】過電流検出手段としての過電流検出回路５
は、駆動回路９における過電流を検出回路であり、モー
タ１０に流れる電流が所定の過電流検出値ＩＯＣに達す
ると、出力信号を反転させるようになっている。立ち上
がり検出手段としての微分回路６は、上記ＰＷＭパルス
を微分する回路であり、ＰＷＭパルスの立ち上がりに同
期するパルスを出力するようになっている。

【００１９】フリッップフロップ回路７は、過電流検出
回路５で過電流が検出されたときの出力信号でセットさ
れてその出力信号をローレベルにする一方、微分回路６
から出力されるパルスでリセットされてその出力信号を
ハイレベルにするようになっている。このフリッップフ
ロップ回路７は、過電流検出時にセットされることによ
りＡＮＤ回路８の出力をローレベルに反転させて、駆動
回路９によるモータ１０への通電を停止させるようにな
っており、通電停止手段としての機能を有している。ま
た、フリッップフロップ回路７は、ＰＷＭパルスの立ち
上がりでリセットされることによりＡＮＤ回路８の出力
をハイレベルに反転させて、モータ１０への通電を復帰
させるようになっており、通電復帰手段としての機能も
併せて有している。

【００２０】ＡＮＤ回路８は、上記ＰＷＭパルスとフリ
ップフロップ回路７の出力信号との論理積をとる回路で
ある。このＡＮＤ回路８は、フリップフロップ回路７の
出力信号がローレベルのとき、すなわち過電流検出時に
その出力信号ローレベルにして、後述の駆動回路９を通
じてモータ１０に流れる電流を制限するようになってお
り、電流制限手段としての機能を有している。

【００２１】駆動手段としての駆動回路９は、ＡＮＤ回
路８の出力信号に基づいてモータ１０への通電を行うと
ともに、図示しないマグネットロータの磁極の位置に応
じてモータ１０の各相への通電を切り換える回路である
。

【００２２】続いて、上記の制御回路における要部につ
いてさらに詳細に説明する。

【００２３】図２に示すように、モータ１０は、駆動コ
イル１０ａ〜１０ｃを有するとともに、ホール素子ＨＵ
　・ＨＶ　・ＨＷ　が所定の間隔をおいて設けられてい
る。これらホール素子ＨＵ　・ＨＶ　・ＨＷ　は、上記
マグネットロータの磁極に反応して位置検出信号を出力
する半導体素子であり、この位置検出信号により磁極の
位置を知ることができるようになっている。

【００２４】駆動回路９は、分配器１１、ＮＡＮＤ回路
１２〜１５、トランジスタＱ１　〜Ｑ６　および抵抗Ｒ
１　〜Ｒ６　により構成されている。

【００２５】分配器１１には、入力端子ｕ・ｖ・ｗにそ
れぞれホール素子ＨＵ　・ＨＶ　・ＨＷが接続される一
方、出力端子Ｕ・Ｖ・ＷにそれぞれＮＡＮＤ回路１２〜
１４の一方の入力端子が接続され、出力端子Ｘ・Ｙ・Ｚ
にそれぞれトランジスタＱ４　〜Ｑ６　のベースが接続
されている。この分配器１１は、上記位置検出信号に基
づいて通電切換信号を出力し、この通電切換信号により
トランジスタＱ１　〜Ｑ６　のＯＮ・ＯＦＦのタイミン
グを切り換える回路であり、モータ１０を駆動するため
の３相交流を疑似的に発生するようになっている。

【００２６】ＮＡＮＤ回路１２〜１４は、ともに他方の
入力端子にＡＮＤ回路８の出力端子が接続され、出力端
子にトランジスタＱ１　〜Ｑ３　のベースが接続されて
いる。これらＮＡＮＤ回路１２〜１４は、分配器１１の
通電切換信号とＡＮＤ回路８の出力信号との論理積をと
る回路である。

【００２７】ＰＮＰ型のトランジスタＱ１　〜Ｑ３　は
、エミッタに電源電圧ＶＣＣが印加され、ベースとエミ
ッタとの間が抵抗Ｒ１　〜Ｒ３　を介して接続されてい
る。また、トランジスタＱ１　〜Ｑ３　のそれぞれのコ
レクタは、モータ１０の各駆動コイル１０ａ〜１０ｃに
接続されている。一方、ＮＰＮ型のトランジスタＱ４　
〜Ｑ６　は、コレクタがそれぞれトランジスタＱ１　〜
Ｑ３　のコレクタに接続され、エミッタとベースとの間
が抵抗Ｒ４　〜Ｒ６　を介して接続されている。

【００２８】過電流検出回路４は、コンパレータ１５お
よび抵抗Ｒ７　により構成されている。コンパレータ１
５は、反転入力端子が上記トランジスタＱ４　〜Ｑ６　
のエミッタに接続されるとともに抵抗Ｒ７を介して接地
され、非反転入力端子に基準電圧Ｖｒｅｆ　が印加され
ている。この基準電圧Ｖｒｅｆ　は、過電流の検出の基
準となる値に設定されている。

【００２９】フリッップフロップ回路７は、ＮＯＲ回路
１６・１７により構成されている。

【００３０】ＮＯＲ回路１６は、一方の入力端子がＮＯ
Ｒ回路１７の出力端子に接続され、他方の入力端子がＮ
ＯＴ回路１８を介してコンパレータ１５の出力端子に接
続されている。ＮＯＲ回路１７は、一方の入力端子がＮ
ＯＲ回路１６の出力端子に接続されている。

【００３１】微分回路６は、抵抗Ｒ８　・Ｒ９　および
コンデンサＣ１　により構成されている。

【００３２】この微分回路６では、入力端となるコンデ
ンサＣ１　の一端が、ＰＷＭ回路４の出力端子に接続さ
れるとともに、抵抗Ｒ８　を介して接地されている。ま
た、出力端となるコンデンサＣ１　の他端が、上記ＮＯ
Ｒ回路１７の他方の入力端子に接続されるとともに、抵
抗Ｒ９　を介して接地されている。

【００３３】ＡＮＤ回路８は、一方の入力端子にＰＷＭ
回路４の出力端子が接続され、他方の入力端子に上記Ｎ
ＯＲ回路１６の出力端子が接続されている。

【００３４】上記の構成において、モータ１０の起動時
やプランキング（高速回転からの急激な制動）時には、
図３の（ａ）に示すように、ＰＷＭパルスが１００％に
近いデューティ比となる。このため、駆動回路９におけ
るトランジスタＱ１　〜Ｑ３　のＯＮ時間が長くなり、
同図の（ｅ）に示すように、モータ１０の駆動コイル１
０ａ〜１０ｃに流れる駆動電流ＩＭ　が次第に増大する
。

【００３５】一方、過電流検出回路５では、駆動電流Ｉ
Ｍ　が抵抗Ｒ７　により比較電圧に変換され、この比較
電圧がコンパレータ１５で基準電圧Ｖｒｅｆ　と比較さ
れる。同図の（ｃ）に示すように、コンパレータ１５（
過電流検出回路５）の出力信号は、駆動電流ＩＭ　が過
電流検出値ＩＯＣより小さいときにハイレベルであるが
、駆動電流ＩＭ　が過電流検出値ＩＯＣを越えて上記の
比較電圧が基準電圧Ｖｒｅｆ　を越えると、ローレベル
に反転する。これにより、駆動電流ＩＭが過電流域に達
したと検出される。

【００３６】そして、コンパレータ１５の出力信号が、
ＮＯＴ回路１８で反転してフリッップフロップ回路７に
入力されると、フリッップフロップ回路７がセットされ
、同図の（ｄ）に示すように、その出力信号がハイレベ
ルからローレベルに反転する。すると、ＡＮＤ回路８お
よび駆動回路９におけるＮＡＮＤ回路１２〜１４の出力
信号もローレベルになるため、トランジスタＱ１　〜Ｑ
３　が全てＯＦＦし、モータ１０への通電が停止される
。

【００３７】その後は、同図の（ａ）および（ｂ）に示
すように、ＰＷＭパルスの次の周期の立ち上がりに同期
するパルスが微分回路６から出力されるため、フリップ
フロップ回路７がリセットされ、その出力信号がハイレ
ベルになる。これにより、ＰＷＭパルスがＡＮＤ回路８
を通じて駆動回路９に供給されるようになり、モータ１
０への通電が再開される。

【００３８】このように、本実施例によれば、制御回路
において過電流が検出されたときにはモータ１０への通
電が停止され、その後、ＰＷＭパルスの立ち上がりでモ
ータ１０への通電が再開されるので、駆動回路９におけ
るトランジスタＱ１　〜Ｑ３　のスイッチング周波数が
、ＰＷＭパルスの基本周波数を越えることがなくなる。 それゆえ、トランジスタＱ１　〜Ｑ３　は、スイッチン
グロスによって異常な発熱を起こすことがなくなる。

【００３９】また、モータ１０への通電が停止されるの
で、モータ１０に過負荷が連続的にかかるような場合で
も、駆動コイル１０ａ〜１０ｃに過大な駆動電流ＩＭ　
が流れ続けることはなく、モータ１０の焼損を防止する
ことができる。

【００４０】なお、上記本実施例では、３相ブラシレス
モータについて説明したが、ブラシ付モータについても
本発明が適用できるのは勿論である。ただし、この場合
、駆動回路９における分配器１１が不要となる。

【００４１】

【発明の効果】本発明に係る制御回路は、以上のように
、過電流が検出されるとパルス幅変換手段によるパルス
の出力を停止させてモータへの通電を停止させる通電停
止手段と、上記パルスの立ち上がりを検出する立ち上が
り検出手段と、上記パルスの立ち上がりが検出されると
上記パルスを出力させて上記モータへの通電を復帰させ
る通電復帰手段とを備えている構成である。

【００４２】これにより、過電流が検出されると、モー
タへの通電が停止し、その後は、パルス幅変換手段のパ
ルスの立ち上がりが検出されると、モータへの通電が復
帰するので、連続して過電流が検出された場合でも、モ
ータへの通電が上記パルスの基本周波数で行われる。こ
のため、駆動手段におけるトランジスタは、上記基本周
波数より高い周波数でＯＮ・ＯＦＦすることがなくなり
、スイッチングロスを生じなくなる。

【００４３】それゆえ、上記トランジスタの異常な発熱
を防止することが可能になり、特に、これは、急回転や
急停止を繰り返して過電流が発生しやすいモータの制御
において有効である。

【００４４】また、過電流検出時にモータへの通電を停
止するので、モータに過負荷が連続的にかかるような場
合に、モータの発熱も抑制することができ、モータの焼
損を防止することができる。

【００４５】従って、本発明を採用すれば、制御回路に
放熱対策を施す必要がなくなり、制御回路の部品点数の
増加や装置の大型化、コストの上昇等を回避することが
できるとともに、モータの保護機能を向上させることが
できるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るモータの制御回路の構
成を示すブロック図である。

【図２】図１のモータの制御回路の要部を詳細に示す回
路図である。

【図３】図２のモータの制御回路の動作を示すタイムチ
ャートである。

【図４】従来のモータの制御回路の要部の構成を示す回
路図である。

【図５】図４のモータの制御回路の動作を示すタイムチ
ャートである。

【符号の説明】

１　　　　　　　　速度検出部（速度検出手段）２　　
　　　　　　基準発振器 ３　　　　　　　　速度比較部（速度比較手段）４　　
　　　　　　ＰＷＭ回路（パルス幅変換手段）５　　　
　　　　　過電流検出回路（過電流検出手段）６　　　
　　　　　微分回路（立ち上がり検出手段）７　　　　
　　　　フリッップフロップ回路（通電停止手段、通電
復帰手段） ８　　　　　　　　ＡＮＤ回路８（電流制限手段）９　
　　　　　　　駆動回路（駆動手段）１０　　　　　　
　　モータ Ｑ１　〜Ｑ６　　　トランジスタ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】モータの速度を検出する速度検出手段と、
   そのモータの速度と基準速度とを比較して両速度の差を
   検出する速度比較手段と、その速度差を一定周波数のパ
   ルスのパルス幅に変換するパルス幅変換手段と、上記パ
   ルスにより上記モータへの通電を行うトランジスタを有
   する駆動手段と、上記モータに流れる電流が過電流であ
   ることを検出する過電流検出手段と、過電流の検出によ
   り上記モータに流れる電流を制限する電流制限手段とを
   備えたモータの制御回路において、過電流が検出される
   と上記パルスの出力を停止させて上記モータへの通電を
   停止させる通電停止手段と、上記パルスの立ち上がりを
   検出する立ち上がり検出手段と、上記パルスの立ち上が
   りが検出されると上記パルスを出力させて上記モータへ
   の通電を復帰させる通電復帰手段とを備えていることを
   特徴とするモータの制御回路。