JPH0795792A

JPH0795792A - 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: JPH0795792A
Application number: JP6086224A
Authority: JP
Inventors: Yukio Itami; 幸男伊丹; Mitsuo Suzuki; 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: 1995-04-07
Anticipated expiration: 2013-05-13
Also published as: JP2749514B2

Abstract

(57)【要約】【目的】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。【構成】スイッチング回路４４が、駆動コイル通電用
のスイッチング素子としてＭＯＳＦＥＴ４５〜５０を有
し、駆動コイル５１の駆動用電源５２とアース５４の間
にハイリップル電流型のコンデンサ５５を接続してい
る。また、モータ１２４を収納するハウジング１１０に
配線１２７を介してコイル基板１２６が一体的に設けら
れている。

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、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、
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（ＭｅｔａｌＯｘｉｄ
ｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥｆｆ
ｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成し、かつ駆動コ
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
デンサを接続してなることを特徴とする直流ブラシレス
モータの駆動装置。

【０００９】請求項２記載の発明は、上記請求項１記載
の発明において、前記パルス幅変調回路の変調周波数
は、略２０ｋＨｚであることを特徴とするものである。
請求項３記載の発明は、上記請求項１，２記載の発明に
おいて、前記モータの駆動電流を検出してモータ駆動電
流検出電圧を出力するモータ駆動電流検出回路と、該モ
ータ駆動電流検出回路から出力したモータ駆動電流検出
電圧と電流制限基準電圧を比較して、電流制限基準電圧
よりもモータ駆動電流検出電圧が大きくなる場合に、前
記速度制御回路から出力した速度制御電圧信号を無効に
して前記パルス幅変調回路から出力した速度制御パルス
信号のパルス幅を制限することにより、モータ駆動電流
を制限する電流制限回路とを有することを特徴とするも
のである。

【００１０】請求項４記載の発明は、上記請求項１乃至
３記載の発明において、２値の電圧変化によって与えら
れるモータ起動信号を徐々に変化させる時定数回路と、
該時定数回路からの出力をパルス幅変調した信号と、前
記速度制御回路から出力した速度制御電圧信号をパルス
幅変調した速度制御パルス信号との論理積を演算する論
理積回路と、起動直後のパルス幅を徐々に変化させてモ
ータ駆動電流を徐々に増加させるソフトスタート回路と
を有することを特徴とするものである。

【００１１】請求項５記載の発明は、請求項１乃至４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ものである。請求項６記載の発明
は、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（ＭｅｔａｌＯｘ
ｉｄｅＳｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒＦｉｅｌｄＥ
ｆｆｅｃｔＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）で構成し、かつ該
ＭＯＳＦＥＴの入力部に蓄積電荷を充電または放電する
充・放電回路とを有することを特徴とするものである。

【００１２】請求項７記載の発明は、上記請求項６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。
請求項８記載の発明は、請求項７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。

【００１３】請求項９記載の発明は、請求項６乃至８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。

【００１４】

【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。

【００１５】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。更に、駆動コイル通電用スイッチング素
子を、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。

【００１６】次に、請求項２記載の発明の作用を説明す
る。変調周波数は、人間の可聴周波数帯域（２０Ｈｚ〜
２０ＫＨｚ）にあると騒音となり、また、変調周波数が
高くなる程、逆起電圧Ｖや障害電磁波を発生し易くなり
好ましくない。そこで、請求項２記載の発明では、パル
ス幅変調回路の変調周波数を、略２０ｋＨｚに設定して
構成するため、駆動コイルからの逆起電圧Ｖ、障害電磁
波の発生及びうなり音の発生を抑えることができる。

【００１７】次に、請求項３記載の発明の作用を説明す
る。モータの駆動コイルの抵抗が小さい場合には、起動
時に大電流が流れて駆動コイルやスイッチング素子が破
壊してしまう恐れがあり好ましくない。また、逆方向電
流を防止するハイリップル電流型のコンデンサに流れる
電流は、駆動電流に比例して、コンデンサの許容リップ
ル電流がコンデンサ容量（サイズ）に比例することか
ら、駆動電流が大きくなると、より大きなコンデンサが
必要になるため、その大きなコンデンサが入る分回路基
板が大型化するうえ、コストが増加して好ましくない。

【００１８】そこで、請求項３記載の発明では、モータ
駆動電流検出電圧と電流制限基準電圧を比較して、電流
制限基準電圧よりもモータ駆動電流検出電圧が大きくな
る場合に、速度制御回路から出力した速度制御電圧信号
を無効にしてパルス幅変調回路から出力した速度制御パ
ルス信号のパルス幅を制限してモータ駆動電流を制限す
るように構成するため、モータ駆動電流を制限すること
ができるので、モータの駆動コイルの抵抗が小さくなっ
ても、起動時に駆動コイルやスイッチング素子の破損を
防止することができるとともに、大きなコンデンサを設
けることなく逆方向流を防止するハイリップル電流型の
コンデンサのコンデンサ容量を小さくすることができ
る。このため、回路基板をより一層小型化及び低コスト
化することができる。

【００１９】次に、請求項４記載の発明の作用を説明す
る。通常、モータの起動信号は、２値の電圧変化で与え
られるが、起動直後の速度制御パルス信号は、最大パル
ス幅でモータを全速運転させ、電流検出には、遅れが生
じるため、電流制御回路が働かず、大電流が流れて駆動
コイルやスイッチング素子を破壊してしまう恐れがあり
好ましくない。

【００２０】そこで、請求項４記載の発明では、２値の
電圧変化によって与えられるモータ起動信号を徐々に変
化させる時定数回路と、該時定数回路からの出力をパル
ス幅変調した信号と、前記速度制御回路から出力した速
度制御電圧信号をパルス幅変調した速度制御パルス信号
の論理積を演算する論理積回路と、起動直後のパルス幅
を徐々に変化させて、モータ駆動電流を徐々に増加させ
るソフトスタート回路とを有するように構成するため、
起動直後のパルス幅が徐々に変化させて、モータ駆動電
流を徐々に増加させることができるので、駆動コイルや
スイッチング素子に大電流を流れ難くすることができ、
大電流による駆動コイルやスイッチング素子の破壊を防
止することができる。

【００２１】請求項５記載の発明では、請求項１乃至４
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
とができるので、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。次に、請求項１
〜４の直流ブラシレスモータの駆動装置では、スイッチ
ング素子であるＭＯＳＦＥＴの駆動回路の最適化を行っ
ていないため、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。ま
た、請求項５の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
スモータにおいても、上記と同様その信頼性が低下する
ことがある。以下、具体的に請求項６〜９記載の発明の
作用を請求項毎に説明する。

【００２２】まず、請求項６記載の発明の作用を説明す
る。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、３００〜１０００ｐ
Ｆ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。

【００２３】そこで、請求項６記載の発明では、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ＭＯ
ＳＦＥＴで構成し、該ＭＯＳＦＥＴ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、ＭＯＳＦＥＴ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、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。

【００２４】請求項７記載の発明では、前記充・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８記載の発明では、前記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。

【００２５】請求項９記載の発明では、請求項６乃至８
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。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。（実施例１）図１は本発明（請求項１，２）に係る実施
例１の直流ブラシレスモータの駆動装置の構成を示すブ
ロック図である。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１
ａ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。

【００２７】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。

【００２８】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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】これに対し、本実施例（請求項１記載）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５
５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
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、ＭＯＳＦＥ
Ｔ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。

【００３３】さて、変調周波数は、人間の可聴周波数帯
域（２０Ｈｚ〜２０ｋＨｚ）にあると騒音となり、ま
た、変調周波数が高くなる程、逆起電圧Ｖや障害電磁波
を発生し易くなり好ましくない。そこで、本実施例（請
求項２）では、パルス幅変調回路２の変調周波数を略２
０ｋＨｚに設定して構成する。このため、駆動コイル５
１からの逆起電圧Ｖ、障害電磁波の発生及びうなり音の
発生を抑えることができる。

【００３４】（実施例２）モータ５の駆動コイルに抵抗
が小さい場合には、起動時に大電流が流れて駆動コイル
５１やスイッチング素子４４が破壊してしまう恐れがあ
り好ましくない。また、逆方向電流を防止するハイリッ
プル電流型のコンデンサ５５に流れる電流は、駆動電流
に比例し、コンデンサ５５の許容リップル電流は、コン
デンサ容量（サイズ）に比例することから、駆動電流が
大きくなると、より大きなコンデンサ５５が必要になる
ため、その大きなコンデンサが入る分回路基板が大型す
るうえ、コストが増加して好ましくない。

【００３５】図９は本発明に係る実施例２の直流ブラシ
レスモータの駆動装置のモータ駆動電流検出回路及び電
流制限回路の構成を示すブロック図である。まず、電流
検出回路７１の直流検出抵抗で検出され、平滑回路７２
で平滑されたモータ駆動電流検出電圧信号７ａは、電流
制限基準電圧７ｂと比較回路７３で比較され、電流制限
基準電圧７ｂよりもモータ駆動電流検出電圧７ａが大き
くなった時に、速度制限電圧信号１ｃを無効にして速度
制限パルス信号２ａのパルス幅が制限されることによ
り、モータ駆動電流が制限される。

【００３６】このように、本実施例（請求項３）では、
モータ駆動電流検出電圧と電流制限基準電圧を比較し
て、電流制限基準電圧よりもモータ駆動電流検出電圧が
大きくなる場合に、速度制御回路１から出力した速度制
御電圧信号を無効にしてパルス幅変調回路２から出力し
た速度制御パルス信号のパルス幅を制限してモータ駆動
電流を制限するように構成するため、モータ駆動電流を
制限することができる。このため、モータ５の駆動コイ
ル５１の抵抗が小さくなっても、起動時に駆動コイル５
１やスイッチング素子４１の破壊を防止することができ
るとともに、大きなコンデンサを設けることなく逆方向
電流を防止するハイリップル電流型のコンデンサ５５の
コンデンサ容量を小さくすることができる。このため、
回路基板をより一層小型化及び低コスト化することがで
きる。

【００３７】（実施例３）通常、モータ起動信号は、２
値の電圧変化で与えられるが、起動直後の速度制御パル
ス信号２ａは、最大パルス幅でモータを全速運転され、
電流検出には、遅れが生じるため、電流制御回路１の比
較回路７３が働かず、大電流が流れて駆動コイル５１や
スイッチング素子４４を破壊してしまう恐れがあり好ま
しくない。

【００３８】図１０は本発明に係る実施例３の直流ブラ
シレスモータの駆動装置の時定数回路、論理積回路及び
ソフトスタート回路の構成を示すブロック図、図１１は
図１０に示す直流ブラシレスモータの駆動装置の起動時
のタイムチャートである。２値の電圧変化で与えられる
モータの起動信号８ａは、時定数回路８１により、徐々
に上昇または下降する。この時、定数回路８１の出力８
ｂは、パルス幅変調回路２の発振回路２１の三角波信号
２１ａと比較回路８２で比較されて、パルス波８ｃに変
調される。このパルス波８ｃと速度制御パルス信号２ａ
の論理積出力８ｄを新たに速度制御パルス信号２ａとす
ることで、起動直後のパルス幅を徐々に変化させて、モ
ータ駆動電流を徐々に増加させるソフトスタートを行う
ことができる。このソフトスタート回路により、駆動コ
イル５１やスイッチング素子４１の破壊を防止すること
ができる。

【００３９】このように、本実施例（請求項４）では、
２値の電圧変化によって与えられるモータ起動信号８９
を徐々に変化させる時定数回路８１と、この時定数回路
８１からの出力をパルス幅変調した信号と、速度制御回
路１から出力した速度制御電圧信号をパルス幅変調した
速度制御パルス信号との論理積を演算する論理積回路８
３と、起動直後のパルス幅を徐々に変化させて、モータ
駆動電流を徐々に増加させるソフトスタート回路を有す
るように構成するため、起動直後のパルス幅が徐々に変
化させて、モータ駆動電流が徐々に増加させることがで
きるので、駆動コイル５１やスイッチング素子４１に大
電流を流れ難くすることができ、大電流にする駆動コイ
ル５１やスイッチング素子４１の破壊を防止することが
できる。

【００４０】（実施例４）図１２は本発明に係る実施例
４の直流ブラシレスモータの構造を示す断面図である。
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１２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１１
６が形成されるとともに、ミラー押え１１７およびポリ
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、１２２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１１５、ミラー押え１
１７、ポリゴンミラー１１８およびマグネット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５
１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１
１０に取付けられている。

【００４１】このように、本実施例（請求項５）では、
上記各実施例１〜３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５１への電流供
給配線を最小限にすることができるので、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。次に、上記実施例１〜３（請求項１〜４）の直
流ブラシレスモータの駆動装置では、スイッチング素子
であるＭＯＳＦＥＴの駆動回路の最適化を行っていない
ため、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。また、上記
実施例４（請求項５）の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おいても、上記と同様その信頼性が
低下することがある。以下、具体的に請求項６〜９記載
の発明に係る実施例を説明する。

【００４２】（実施例５）図１３は本発明に係る実施例
５の直流ブラシレスモータの駆動装置の構成を示すブロ
ック図、図１４は図１３に示すスイッチング回路の構成
を示す回路図、図１４は図１３に示す駆動コイル通電用
素子の構成を示す回路図である。ＭＯＳＦＥＴの動作を
説明すると、ＭＯＳＦＥＴは、ゲート４１１とソース４
１２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。

【００４３】そこで、本実施例（請求項６記載）では、
スイッチング回路４の駆動コイル通電用スイッチング素
子４１をＭＯＳＦＥＴで構成し、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
るように構成するため、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、ＭＯＳＦ
ＥＴ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、ＭＯＳＦＥ
Ｔ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。

【００４４】（実施例６）図１６は本発明に係る実施例
６の直流ブラシレスモータ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。本実施例では、上記実施
例５の充・放電回路４３を、ゲート４１１とソース４１
２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５
４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。

【００４５】（実施例７）図１７は本発明に係る実施例
７の直流ブラシレスモータの駆動装置の構成を示す回路
図である。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１０
１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、１２Ｖあるいは２４Ｖで構成することで、信
号処理系１０１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。ＭＯＳＦＥ
Ｔ４１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、ＭＯＳＦ
ＥＴ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Ｖ_GS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。

【００４６】

【数２】

【００４７】但し、Ｗは抵抗で消費される電力、Ｖ_GS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。

【００４８】

【数３】

【００４９】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。

【００５０】

【数４】

【００５１】

【数５】

【００５２】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
（請求項８）では、前記固定抵抗の抵抗値は、２０００
Ω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。

【００５３】（実施例９）図１８は本発明に係る実施例
９の直流ブラシレスモータの構造を示す断面図である。
本実施例（請求項９）では、請求項６乃至８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、ＭＯＳ
ＦＥＴ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。

【００５４】

【発明の効果】本発明によれば、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、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という効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

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

【図２】図１に示す速度制御回路の構成を示すブロック
図である。

【図３】図１に示すパルス幅変調回路の構成を示すブロ
ック図である。

【図４】図１に示す通電切換回路の構成を示すブロック
図である。

【図５】図１に示すスイッチング回路の構成を示す回路
図である。

【図６】図５に示す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】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】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９】本発明に係る実施例２の直流ブラシレスモータ
の駆動装置のモータ駆動電流検出回路及び電流制限回路
の構成を示すブロック図である。

【図１０】本発明に係る実施例３の直流ブラシレスモー
タの駆動装置の時定数回路、論理積回路及びソフトスタ
ート回路の構成を示すブロック図である。

【図１１】図１０に示す直流ブラシレスモータの駆動装
置のモータ起動時のタイムチャートである。

【図１２】本発明に係る実施例４の直流ブラシレスモー
タの構造を示す断面図である。

【図１３】本発明に係る実施例５の直流ブラシレスモー
タの駆動装置の構成を示すブロック図である。

【図１４】図１３に示すスイッチング回路の構成を示す
回路図である。

【図１５】図１３に示す駆動コイル通電用素子の構成を
示す回路図である。

【図１６】本発明に係る実施例６の直流ブラシレスモー
タ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。

【図１７】本発明に係る実施例７の直流ブラシレスモー
タの駆動装置の構成を示す回路図である。

【図１８】本発明に係る実施例８の直流ブラシレスモー
タ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駆動電源５３電流検出素子５４接地５５コンデンサ７１電流検出回路７２平滑回路７３比較回路８１時定数回路８２比較回路８３論理積回路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

Claims

【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
し、かつ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てなることを特徴とする
直流ブラシレスモータの駆動装置。
【請求項２】前記パルス幅変調回路の変調周波数は、略
２０ｋＨｚであ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】前記モータの駆動電流を検出してモータ駆
動電流検出電圧を出力するモータ駆動電流検出回路と、
該モータ駆動電流検出回路から出力したモータ駆動電流
検出電圧と電流制限基準電圧を比較して、電流制限基準
電圧よりもモータ駆動電流検出電圧が大きくなる場合
に、前記速度制御回路から出力した速度制御電圧信号を
無効にして前記パルス幅変調回路から出力した速度制御
パルス信号のパルス幅を制限することにより、モータ駆
動電流を制限する電流制限回路とを有することを特徴と
する請求項１，２記載の直流ブラシレスモータの駆動装
置。
【請求項４】２値の電圧変化によって与えられるモータ
起動信号を徐々に変化させる時定数回路と、該時定数回
路からの出力をパルス幅変調した信号と、前記速度制御
回路から出力した速度制御電圧信号をパルス幅変調した
速度制御パルス信号との論理積を演算する論理積回路
と、起動直後のパルス幅を徐々に変化させてモータ駆動
電流を徐々に増加させるソフトスタート回路とを有する
ことを特徴とする請求項３記載の直流ブラシレスモータ
の駆動装置。
【請求項５】請求項１乃至４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。
【請求項６】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
し、かつ該ＭＯＳＦＥＴの入力部に蓄積電荷を充電また
は放電する充・放電回路とを有する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７】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６記載の直
流ブラシレスモータの駆動装置。
【請求項８】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７記載の直流ブ
ラシレスモータの駆動装置。
【請求項９】請求項６乃至８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。