JPH0530779A - モータの駆動装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 起動時間の短縮を図り、半導体スイッチング
素子の熱損失を抑制し得、小形化を図り得るとともに、
速度変動率の精度の向上をも図る。 【構成】 駆動回路８と直流電源１７との間に該駆動回
路８に対する供給電圧を昇圧するための電圧変更回路２
４を設け、前記駆動回路８のパワートランジスタ９乃至
１４をオンオフさせることによりブラシレスモータ１の
複数相のモータコイル１Ａ乃至１Ｃを通断電制御し該モ
ータ１の起動時には前記電圧変更回路２４を制御して前
記駆動回路８に対する供給電圧を昇圧させるマイクロコ
ンピュータ１８を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、多数の半導体スイッチ
ング素子で構成された駆動回路によって複数相のモータ
コイルを通断電制御するようにしたモータの駆動装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】レーザビームプリンタは、モータ例えば
ブラシレスモータによりポリゴンミラーを回転させ、印
字パターンに応じて点滅動作する半導体レーザからのレ
ーザ光を前記ポリゴンミラーにより反射させて感光ドラ
ム上に照射するようにしたもので、ポリゴンミラーによ
りレーザ光のみを走査するだけでよいので、機械的走査
部分がなく、高速度印字が可能である。このため、ポリ
ゴンミラーを回転駆動するブラシレスモータとしては、
６０００r.p.m 〜１２０００r.p.m の高速度で且つ０．
０２％程度の速度変動率（ジッタ）のものが要求され
る。

【０００３】而して、ブラシレスモータの駆動装置は、
例えば６個の半導体スイッチング素子たるパワートラン
ジスタを３相ブリッジ接続して駆動回路を構成し、この
駆動回路の直流入力端子を直流電源に接続し、駆動回路
の交流出力端子を３相のモータコイルに接続し、６個の
パワートランジスタを順次オンオフさせることにより３
相のモータコイルを通断電制御してロータを回転させる
構成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ポリゴンミラー駆動用
のブラシレスモータは、上述たように高速度で回転され
るものであるから、例えばフロッピーディスク駆動用の
モータに比し、高速度の定常回転に達するまでの起動時
間が数倍程度と極めて長い。駆動回路のパワートランジ
スタは飽和領域で用いられるのが通常であるが、従来の
ように、長時間にわたって大きな起動電流が流れると、
パワートランジスタは活性化領域でオンすることになっ
て、熱損失が大きくなり、大きな放熱フィンが必要にな
る等、全体が大形化する問題がある。

【０００５】又、このようなポリゴンミラー駆動用のブ
ラシレスモータとしては、起動時間が規定時間内に完了
するようにという要望があり、このためには、ブラシレ
スモータの回転体たるロータの慣性モーメントを小さく
して起動時間の短縮を図ることが考えられるが、このよ
うにすると、今度は、速度変動率が大きくなる等の障害
が生じることになって、実用上問題がある。

【０００６】本発明は上記事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、起動時間の短縮を図り得て、起動電流
による駆動回路の半導体スイッチング素子の熱損失を少
なくなし得、小形化を図り得るとともに、速度変動率の
精度の向上をも図り得るモータの駆動装置を提供するに
ある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明のモータの駆動装
置は、多数の半導体スイッチング素子により構成された
駆動回路を設け、この駆動回路と直流電源との間に該駆
動回路に対する供給電圧を昇圧するための電圧変更手段
を設け、前記駆動回路の半導体スイッチング素子をオン
オフさせることによりモータの複数相のモータコイルを
通断電制御し該モータの起動時には前記電圧変更手段を
制御して前記駆動回路に対する供給電圧を昇圧させる制
御手段を設ける構成に特徴を有する。

【０００８】

【作用】本発明のモータの駆動装置によれば、モータの
起動時においては電圧変更手段によって駆動回路への供
給電圧が昇圧されるようになって、起動時間が短縮され
るようになり、従って、起動電流による半導体スイッチ
ング素子の熱損失が軽減されるようになり、又、回転体
の慣性モーメントを小さくする必要もないので、速度変
動率の精度の向上をも図り得る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の第１の実施例につき図１乃至
図４を参照しながら説明する。

【００１０】先ず、図４に従って、レーザビームプリン
タの概略的構成について述べる。

【００１１】１はモータ例えばブラシレスモータであ
り、そのシャフト２には六角形状のポリゴンミラー３の
中心部が固定されている。４は半導体レーザであり、こ
れは図示しないレーザ駆動回路により印字パターンに応
じて高速度で点滅制御されるもので、そのレーザ光４ａ
はシリンドリカルレンズ５を介してポリゴンミラー３に
照射されるようになっている。そして、ポリゴンミラー
３によって反射されたレーザ光４ａ′はｆ−θレンズ６
を介して感光ドラム７上に照射されるようになってい
る。

【００１２】さて、図１に従って、駆動装置の構成につ
いて述べる。

【００１３】８は駆動回路であり、これは多数例えば６
個の半導体スイッチング素子たるＮＰＮ形のパワートラ
ンジスタ９乃至１４を３相ブリッジ接続して構成され、
その直流入力端子１５Ｐ及び１５Ｎは一方に後述する電
圧変更手段たる電圧変更回路２４を介して直流電源１７
の正端子及び負端子に夫々接続され、交流出力端子１６
Ａ，１６Ｂ及び１６Ｃはブラシレスモータ１のステータ
の複数相たる３相のモータコイル１Ａ，１Ｂ及び１Ｃの
各一方の端子に夫々接続されている。そして、モータコ
イル１Ａ，１Ｂ及び１Ｃの各他方の端子は共通に接続さ
れ、以て、３相のモータコイル１Ａ，１Ｂ及び１Ｃはス
ター結線されている。

【００１４】１８は直流電源１７の正端子及び負端子間
に接続された制御手段たるマイクロコンピュータであ
り、これは入力ポートＩ１乃至Ｉ５及び出力ポートＱ１
乃至Ｑ８を有し、その内の６個の出力ポートＱ１乃至Ｑ
６は前記パワートランジスタ９乃至１４のベースに夫々
接続されている。

【００１５】１９は回転検出器であり、これはブラシレ
スモータ１のロータとともに回転する永久磁石の磁性変
化を検出することにより出力端子から回転数に応じたパ
ルス信号を出力するようになっており、その一方の出力
端子は減算回路２０の負（−）入力端子に接続され、他
方の出力端子はマイクロコンピュータ１８の入力ポート
Ｉ２に接続されている。２１はクロックパルス発生回路
であり、これは設定回転数に応じたクロック信号を出力
端子から出力するようになっており、その出力端子は前
記減算回路２０の正（＋）入力端子に接続されている。
減算回路２０は正（＋）入力端子に与えられるクロック
信号から負（−）入力端子に与えられるパルス信号を減
算してその偏差信号を出力端子から出力するようになっ
ており、その出力端子は増幅回路２２を介してマイクロ
コンピュータ１８の入力ポートＩ１に接続されている。

【００１６】而して、同図１において、２３Ａ，２３Ｂ
及び２３Ｃは３相のモータコイル１Ａ，１Ｂ及び１Ｃに
夫々対応する３個のコンデンサであり、これらは例えば
１０μＦの容量を有するもので、その各一方の端子は交
流出力端子１６Ａ，１６Ｂ及び１６Ｃに接続され、各他
方の端子は直流入力端子１５Ｎに、即ち、パワートラン
ジスタ１２乃至１４の各エミッタに接続されている。そ
して、マイクロコンピュータ１８の入力ポートＩ３，Ｉ
４及びＩ５はパワートランジスタ１２，１３及び１４の
各コレクタに夫々接続されている。

【００１７】さて、電圧変更回路２４について述べる。
２５は直流電源１７の正端子と直流入力端子１５Ｐとの
間に接続された逆流阻止用ダイオードである。２６はス
イッチング素子たるＮＰＮ形のトランジスタであり、そ
のコレクタは電解コンデンサ２７を介してダイオード２
５のカソードに接続され、エミッタは直流電源１７の負
端子に接続され、ベースはマイクロコンピュータ１８の
出力ポートＱ７に接続されている。

【００１８】又、２８は発光ダイオード２８ａ及びフォ
トトランジスタ２８ｂからなるフォトカプラであり、そ
の発光ダイオード２８ａのアノードは抵抗２９を介して
直流電源１７の正端子に接続され、カソードはスイッチ
ング素子たるＮＰＮ形のトランジスタ３０のコレクタに
接続されている。又、フォトカプラ２８のフォトトラン
ジスタ２８ｂのコレクタは直流電源１７の正端子に接続
され、エミッタはトランジスタ２６のコレクタに接続さ
れている。そして、トランジスタ３０のエミッタは直流
電源１７の負端子に接続され、ベースはマイクロコンピ
ュータ１８の入力ポートＩ８に接続されている。

【００１９】次に、本実施例の作用について図２及び図
３をも参照しながら説明する。

【００２０】先ず、ブラシレスモータ１の通常の動作を
述べる。マイクロコンピュータ１８は出力ポートＱ１乃
至Ｑ６から図２で示すようにハイレベルのベース信号Ｂ
１乃至Ｂ６を順次出力するようになっており、これらは
パワートランジスタ９乃至１４のベースに夫々与えられ
て、該パワートランジスタ９乃至１４は飽和領域でオン
オフ制御されるようになっている。そして、パワートラ
ンジスタ９乃至１４のオンオフによりモータコイル１Ａ
乃至１Ｃが通断電制御され、以て、モータコイル１Ａ乃
至１Ｃが回転磁界を発生してロータを回転させる。

【００２１】ここで、例えば、モータコイル１Ａについ
て考えてみる。先ず、マイクロコンピュータ１８が出力
ポートＱ１及びＱ５から図２（ａ）及び（ｅ）で示すよ
うにベース信号Ｂ１及びＢ５を出力することによって、
パワートランジスタ９及び１３がオンし、直流電源１
７，ダイオード２５，パワートランジスタ９，モータコ
イル１Ａ，モータコイル１Ｂ，パワートランジスタ１３
及び直流電源１７の経路でモータコイル１Ａに通電され
る。その後、マイクロコンピュータ１８の出力ポートＱ
５からベース信号Ｂ５が出力されなくなって、パワート
ランジスタ１３がオフし、代りに、出力ポートＱ６から
図２（ｆ）で示すようにベース信号Ｂ６が出力されて、
パワートランジスタ１４がオンする。従って、今度は、
直流電源１７，ダイオード２５，パワートランジスタ
９，モータコイル１Ａ，モータコイル１Ｃ，パワートラ
ンジスタ１４及び直流電源１７の経路でモータコイル１
Ａに通電される。図２から明らかなように、他のモータ
コイル１Ｂ及び１Ｃについても同様であり、モータコイ
ル１Ａ乃至１Ｃは２相同時通電により回転磁界を発生す
るようになる。

【００２２】そして、マイクロコンピュータ１８は、入
力ポートＩ１に偏差信号が与えられると、その偏差信号
に基づいてその偏差信号が零となるようなベース信号の
幅を演算し、その演算結果によるベース信号Ｂ１乃至Ｂ
６を出力ポートＱ１乃至Ｑ６から出力し、以て、ブラシ
レスモータ１の回転即ちロータの回転が設定回転数（定
常回転数）になるようにフィードバック制御するもので
ある。

【００２３】ところで、モータコイル１Ａ乃至１Ｃの通
電切換え時にはこれらにスイッチングサージたる誘起電
圧が発生するものであり、これはコンデンサ１Ａ乃至１
Ｃによって吸収される。

【００２４】ここで、例えば、モータコイル１Ａについ
て考えてみる。マイクロコンピュータ１８の出力ポート
Ｑ１からベース信号Ｂ１が出力されなくなって、パワー
トランジスタ９がオフすると、代りに、出力ポートＱ２
から図２（ｂ）で示すようにベース信号Ｂ２が出力さ
れ、パワートランジスタ１０がオンする。そして、パワ
ートランジスタ９のオフによりモータコイル１Ａに対す
る順方向への通電が切られると、そのモータコイル１Ａ
には電源電圧とは逆方向に誘起電圧が発生する。これに
より、モータコイル１Ａ，コンデンサ２３Ａ，直流電源
１７，ダイオード２５，パワートランジスタ１０，モー
タコイル１Ｂ及びモータコイル１Ａの経路でコンデンサ
２３Ａの充電回路が形成され、以て、モータコイル１Ａ
のスイッチングサージ即ち誘起電圧の吸収が行なわれ
る。

【００２５】その後、マイクロコンピュータ１８が出力
ポートＱ４から図２（ｄ）で示すようにベース信号Ｂ４
を出力し、パワートランジスタ１２がオンすると、パワ
ートランジスタ１２を介してコンデンサ２３Ａの放電回
路が形成され、以て、コンデンサ２３Ａの充電電荷が放
電される。

【００２６】以上は、モータコイル１Ａのコンデンサ２
３Ａによるスイッチングサージの吸収及び放電について
述べたものであるが、他のモータコイル１Ｂ並びに１Ｃ
のスイッチングサージも同様にしてコンデンサ２３Ｂ並
びに２３Ｃによって吸収されるものであり、そして、コ
ンデンサ２３Ｂ並びに２３Ｃの充電電荷はパワートラン
ジスタ１３並びに１４を介して放電される。

【００２７】さて、ブラシレスモータ１の起動時の動作
について述べる。

【００２８】まず、ブラシレスモータ１の起動時には、
ダイオード２５を介して直流電源１７の電源電圧Ｖａが
駆動回路８の直流入力端子１５Ｐ，１５Ｎ間に供給され
る。そして、マイクロコンピュータ１８は前述同様に出
力ポートＱ１乃至Ｑ６から図２に示すようにベース信号
Ｂ１乃至Ｂ６を出力するようになるので、ブラシレスモ
ータ１が回転起動される。

【００２９】さて、マイクロコンピュータ１８は起動時
に図３（ａ）に示すように出力ポートＱ７からハイレベ
ルのベース信号Ｂ７を出力する。これにより、電圧変更
回路２４のトランジスタ２６がオンし、電解コンデンサ
２７は直流電源１７の電源電圧Ｖａによりダイオード２
５を介して充電される。マイクロコンピュータ１８は次
に図３（ｂ）に示すように出力ポートＱ８からハイレベ
ルのベース信号Ｂ８を出力する。これにより、トランジ
スタ３０がオンする。この時、トランジスタ２７はオフ
している。

【００３０】そして、トランジスタ３０がオンすると、
直流電源１７，抵抗２９，フォトカプラ２８の発光ダイ
オード２８ａ及びトランジスタ３０の経路で電流が流れ
て発光ダイオード２８ａが発光し、フォトカプラ２８の
フォトトランジスタ２８ｂがオンする。これにより、電
解コンデンサ２７は直流電源１７と直列接続され、電源
電圧Ｖａに電解コンデサ２７の充電電圧Ｖｂが重畳され
て、これが昇圧された供給電圧Ｖｏとして直流電入力端
子１５Ｐ，１５Ｎ間に供給される。

【００３１】以下同様にして、マイクロコンピュータ１
８はトランジスタ２６及び３０を交互にオンさせるよう
になって、起動時には駆動回路８に対する供給電圧Ｖｏ
は図３（ｃ）に示すように間欠的に昇圧変更された電圧
となり、供給電圧Ｖｏが昇圧された分だけ起動トルクが
増し、起動時間の短縮が図られる。

【００３２】マイクロコンピュータ１８は、入力ポート
Ｉ２においても速度検出器１９からのパルス信号を受け
てブラシレスモータ１の回転速度を検出しており、ブラ
シレスモータ１の回転速度が定常回転数（例えば１１０
００ｒ．ｐ．ｍ）になった時に、図３に示す出力ポート
Ｑ７及びＱ８からの信号Ｂ７及びＢ８の出力を停止す
る。従って、その後は直流電源１７はダイオード２５を
介して電源電圧Ｖａを駆動回路８に供給するようにな
る。

【００３３】このような、本実施例によれば、次のよう
な効果を得ることができる。

【００３４】即ち、ブラシレスモータ１の起動時には、
電圧変更回路２４によって駆動回路８への供給電圧Ｖｏ
を間欠的に昇圧変更するよにうしたので、起動トルクが
増加することになって、起動時間の短縮を図ることがで
きる。これにより、回転体たるロータの慣性モーメント
を小さくしなくとも起動時間の短縮を図り得ることか
ら、速度変動率の精度を犠牲にする必要がない。このこ
とは、逆に、従来と同一の起動時間でよい場合は、ロー
タの慣性モーメントを大きくできることになるので、速
度変動率の精度も更に向上させることができる。更に、
起動時間が短くなるため、起動電流による半導体スイッ
チング素子たるパワートランジスタ９乃至１４の温度上
昇も軽減される。このため、使用する冷却フィンも小さ
なもので済み、従来よりも、全体として小形化を図るこ
とができる。

【００３５】尚、上記実施例では、定常回転数に至った
時に、電圧変更回路２４による駆動回路８への供給電圧
の間欠的な昇圧を解除するようにしたが、例えば定常回
転数の７０％近辺で解除するなど、適宜変更しても同様
の効果が得られる。

【００３６】又、上記実施例では、フォトカプラ２８を
設けるようにしたが、これを省略して、代りに、図５で
示す本発明の第２の実施例のように、直流電源１７の正
端子とトランジスタ２６のコレクタとの間に抵抗２９を
接続して、直流電源１７，抵抗２９及び電解コンデンサ
２７の経路で電解コンデンサ２７を直流電源１７に直列
接続されるようにしてもよい。

【００３７】その他、本発明は上記実施例にのみ限定さ
れるものではなく、例えばレーザビームプリンタのポリ
ゴンミラー駆動用のブラシレスモータに限らず、複数相
のモータコイルを有するモータ全般に適用し得る等、要
旨を逸脱しない範囲内で適宜変形して実施し得ることは
勿論である。

【００３８】

【発明の効果】本発明のモータの駆動装置は以上説明し
たように、起動時に駆動回路に対する供給電圧を昇圧す
るようにしたので、起動時間の短縮を図り得て、半導体
スイッチング素子の熱損失を少なくし得、小形且つ安価
に製作することができ、又、速度変動率の精度の向上を
も図り得るという優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す駆動装置の電気的
構成図

【図２】作用説明用のタイムチャート

【図３】作用説明用のタイムチャート

【図４】レーザビームプリンタの概略的構成図

【図５】本発明の第２の実施例を示す図１相当図

【符号の説明】

図面中、１はブラシレスモータ（モータ）、１Ａ乃至１
Ｃはモータコイル、３はポリゴンミラー、８は駆動回
路、９乃至１４はパワートランジスタ（半導体スイッチ
ング素子）、１８はマイクロコンピュータ（制御手
段）、１９は回転検出器、２０は減算回路、２１はクロ
ック信号発生回路、２３Ａ乃至２３Ｃはコンデンサ、２
４は電圧変更回路（電圧変更手段）、２７は電解コンデ
ンサ、２８はフォトカプラ、２９は抵抗を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 直流電源と、多数の半導体スイッチング
   素子により構成された駆動回路と、この駆動回路と前記
   直流電源との間に設けられた該駆動回路に対する供給電
   圧を昇圧するための電圧変更手段と、前記駆動回路の半
   導体スイッチング素子をオンオフさせることによりモー
   タの複数相のモータコイルを通断電制御し該モータの起
   動時には前記電圧変更手段を制御して前記駆動回路に対
   する供給電圧を昇圧させる制御手段とを具備してなるモ
   ータの駆動装置。