JPH09322388A - モータ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】従来のモータの保護装置で、停止中に保護可能
な過電流検出部と電源遮断部からなる保護装置は複雑な
構成で高価であった。ヒューズは、停止時に短絡故障が
発生しても溶断する値以下の場合では、異常電流が流れ
続け、モータの焼付け原因や励磁コイルの発熱による発
火等の事故を発生させる恐れがある。 【解決手段】本発明は、モータ１を回転駆動させる構成
部位が短絡故障により励磁コイル２にヒューズ３を溶断
する定格電流以下の異常電流が流れ、電流検出回路８に
より予め定めたワンショット動作時間以上に検出信号が
検出された場合には、前記検出信号で全トランジスタＴ
r1〜Ｔr4を同時に動作させて、定格電流以上の電流をヒ
ューズ３を通る駆動電流通路に流し、ヒューズ３を溶断
して、励磁コイル２への電源供給を遮断するモータ制御
装置である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、モータの停止時
に、外部からの異常電流の入力や駆動素子の故障による
過電流に対してモータの保護を行うモータ制御装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】一般的に、モータを駆動部として利用す
る種々の駆動装置には、そのモータの保護を目的とする
過電流検出部と電源遮断部を組み合わせた保護装置や、
図７に示すような構成のステッピングモータを駆動する
ための４つの励磁コイル（図示せず）に掛かる電流が定
格電流を越えた場合に溶断して、電源の供給を遮断する
ヒューズ等の保護手段が設けられている。図８には、図
７における各励磁コイル１〜４を励磁するために掛ける
駆動パルスのタイミングを示す。この駆動パルスは、例
えば、図８（ｂ）のコイル２を駆動するトランジスタＴ
r2が短絡故障した場合に、励磁コイル２には過大な異常
電流が流れ、ヒューズに流れる電流が許容電流値を越え
て溶断され、モータＭに掛かる電源の供給を停止させ
る。

【０００３】これらの保護装置により、定格入力電流を
越えるような外部からの異常電流や内部の部位の故障に
よる異常電流によるモータや駆動装置への損傷を防止し
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前述した保護
装置においては、モータの駆動時のみに動作するもの
は、比較的容易な構成で実施できるが、モータの停止時
まで保護できるようにするためには、複雑な構成とな
り、高価なものとなる。また、この保護装置は、例えば
トランジスタ等からなるスイッチを用いて、電源の供給
を遮断したり、負荷部分を電気的に切り離して保護する
のが一般的であるため、そのスイッチが故障した場合
は、モータに掛かる電源の供給が遮断できず、モータに
損傷を与える。特に、モータの励磁コイルに異常電流を
通電したままの状態で放置すると、焼き付けや発火等の
事故を発生させる恐れがある。従って、さらにヒューズ
を設けている場合がある。

【０００５】また、ヒューズによる保護は、電源の供給
線に挿入させるという簡単な構成で且つ、安価に実施す
ることができる。しかし、ヒューズは、取り付けてから
の時間経過に伴って劣化し、溶断容量にばらつきを持っ
て小さくなる。そのため、モータの定格入力電流値に近
い値のヒューズを取り付けた場合には、時間の経過に伴
って、装置が正常な状態であっても溶断する可能性があ
り、特に稼働中の場合には、作業を中断することにもな
る。従って、ヒューズの劣化による溶断のばらつきも考
慮すると、モータの定格入力電流値よりもかなり大きな
値のヒューズを取り付けざるを得なくなっている。

【０００６】さらには、図７に示す様な駆動回路におい
て、例えば、トランジスタＴr2が故障して短絡状態にな
った場合を考えると、ステッピングモータが稼働中であ
れば、前述した図８（ｅ）に示すような電流が流れ、ヒ
ューズが溶断する。たとえ溶断しなかった場合であって
もモータの回転に、がたつきが生じ容易に見極めること
ができる。

【０００７】しかし、ステッピングモータが停止時に、
トランジスタＴr2が短絡するような故障が発生して、異
常電流が流れることを例とする。通常ヒューズは、駆動
時に流れる電流値を前提として、許容電流値を設定して
いる。そのため、トランジスタＴr2の故障による異常電
流が、ヒューズを溶断する値以下の場合には、励磁コイ
ルには、図９（ｅ）に示すような電流が流れ続けること
となり、モータの焼き付けの原因や励磁コイルの発熱に
よる発火等の事故を発生させる恐れがある。

【０００８】そこで本発明は、安価で且つ簡易な構成
で、異常時に確実に動作して電源を遮断し、モータ及び
装置本体を保護する機能を有するモータ制御装置を提供
することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、モータの回転駆動を制御する制御装置にお
いて、モータを回転させる駆動電流が予め定めた定格電
流を超えた際に、溶断し電源の供給を遮断する電流遮断
手段となるヒューズと、前記駆動電流をモータの励磁コ
イルに供給し回転させる駆動手段となる複数のトランジ
スタが各コイルごとに設けられたトランジスタ列と、前
記モータの励磁コイルに供給される電流値を検出する電
流検出手段と、構成部位の短絡故障により停止している
前記モータに異常電流が流れ、前記電流検出手段により
所定時間以上に渡って検出された場合に、前記トランジ
スタ列を駆動させて、前記ヒューズの定格電流を越える
電流を一時供給し、ヒューズを溶断させ、モータの励磁
コイルへの電源の供給を遮断する保護手段とで構成され
たモータ制御装置を提供する。

【００１０】以上のような構成のモータ制御装置は、モ
ータを回転駆動させる構成部位が短絡故障により励磁コ
イルにヒューズを溶断する定格電流以下の異常電流が流
れ、電流検出手段により所定時間以上の検出信号が検出
された場合には、保護手段は、前記トランジスタ列の全
トランジスタを同時に動作させ、定格電流以上の電流を
ヒューズを通る駆動電流の通路に流し、ヒューズを溶断
して、励磁コイルへの電源供給を遮断する。

【００１１】また、電流検出手段からの検出信号が所定
時間未満の場合には、外部等からのノイズと判断し、保
護手段により前記トランジスタ列のベースを接地電位に
接続し、保護動作の誤動作を防止する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施形態について詳細に説明する。図１には、本発明によ
るモータ制御装置の実施形態の構成例を示し説明する。
本実施形態は、給紙装置に用いたモータ制御装置を一例
として説明する。

【００１３】このモータ制御装置は、大別して、回転力
を発生させるための励磁コイル２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ
を配置するステッピングモータ１と、前記励磁コイル２
ａ〜２ｄの各一方端と電源との間に設けられるヒューズ
３と、前記励磁コイル２ａ〜２ｄの各他方端に接続さ
れ、ステッピングモータ１を駆動するモータ駆動回路４
と、前記モータ駆動回路４を制御するＣＰＵ等からなる
制御部５と、前記モータ駆動回路４と制御部５との間に
設けられる保護部６とで構成される。

【００１４】前記モータ駆動回路４は、前記励磁コイル
２ａ〜２ｄをそれぞれ別個に励磁するための４系統のト
ランジスタＴr1，Ｔr2，Ｔr3，Ｔr4によるエミッタ接地
に構成され、それぞれコレクタを前記励磁コイル２ａ〜
２ｄの各他方端に接続し、各エミッタを後述する電流検
出回路８を介して接地している。

【００１５】前記制御部５は、ステッピングモータ１を
駆動するための相ドライブ信号を出力し、後述するスイ
ッチ群Ｐの切換動作を行うドライブ有効信号を出力す
る。そして、前記保護部６は、ステッピングモータ１を
駆動するトランジスタＴr1〜Ｔr4と制御部５の間に２つ
のスイッチ群Ｐ，Ｓをシリーズに設け、異常時には、ス
イッチ切換により、前記トランジスタＴr1〜Ｔr4を全て
駆動させて、ヒューズ３を溶断するように構成されてい
る。

【００１６】詳しくは、前記トランジスタＴr1〜Ｔr4の
各ベースに切換端子を接続し、２つの固定端子のうち、
一方の端子（端子ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４）を接地し、
他方の端子（端子ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４）を後述する
スイッチＳ１〜Ｓ４の切換端子に接続するスイッチＰ
１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４と、２つの固定端子のうち、一方
の端子（端子ａ１，ａ２，ａ３，ａ４）に前記制御部５
の制御信号（相ドライブ信号）の出力端を接続し、他方
の端子（端子ｂ１，ｂ２，ｂ３，ｂ４）に後述する電流
検出回路８の出力端と接続し、前記制御部５のドライブ
有効信号により切換操作を行うスイッチＰ１，Ｐ２，Ｐ
３，Ｐ４と、前記電流検出回路８側からの所定時間を超
えるノイズに対して、前記スイッチＰ１〜Ｐ４を端子ｃ
１，ｃ２，ｃ３，ｃ４側（以下、端子ｃ側とする）から
端子ｄ１，ｄ２，ｄ３，ｄ４（以下、端子ｄ側とする）
への切換操作を行い、前記トランジスタＴr1〜Ｔr4を保
護するワンショット回路７と、前記トランジスタＴr1〜
Ｔr4のエミッタからの電流値を検出し、モータ駆動時に
は、モータ駆動の定電流制御のための電流検出及び、モ
ータ停止時には、前記ワンショット回路７に検出結果を
出力しつつ、前記トランジスタＴr1〜Ｔr4を同時に動作
させて、ヒューズ３を溶断させる電流検出回路８とで構
成される。

【００１７】図２には、電流検出回路８の回路構成の一
例を示す。この電流検出回路８は、前記トランジスタＴ
r1〜Ｔr4の各エミッタに一端を接続し、他端を接地し
て、ヒューズに流れている電流を検出するための電流検
出抵抗９と、前記電流検出抵抗９からの電流値と予め定
めた基準電源１１による基準電流値とを比較する様に構
成されたオペレーションアンプやコンパレータ等による
比較器１０とで構成される。

【００１８】次に図３乃至図６を参照して、この様に構
成されたモータ制御装置による保護動作について説明す
る。まず、図３に示すタイミングチャートを参照してス
テッピングモータの正常な回転状態について説明する。

【００１９】通常は、制御部５からのドライブ有効信号
ＧによりスイッチＰ１〜Ｐ４が端子ａ１，ａ２，ａ３，
ａ４側（以下、端子ａ側とする）に接続され、スイッチ
Ｓ１〜Ｓ４が端子ｃ１，ｃ２，ｃ３，ｃ４側（以下、端
子ｃ側とする）に接続され、制御部５の相ドライブ信号
が、各トランジスタＴr1〜Ｔr4に印加されて駆動する。
これらのトランジスタＴr1〜Ｔr4の駆動により、図３に
示したようなタイミングで前記励磁コイル２ａ〜２ｄに
電源が供給されて励磁され、ステッピングモータ１を回
転させる。

【００２０】このステッピングモータ１の回転中は、モ
ータに流れる電流を電流検出回路８及びワンショット回
路７による定電流駆動により制御する。即ち、電流検出
回路６の出力信号（Ａ点における波形）に基づき、ワン
ショット回路７の出力信号（スイッチＳの切換端子に掛
かる信号波形）がスイッチＳをそれぞれ切換制御して、
ステッピングモータの励磁コイルへ一定電流が供給され
る。

【００２１】次に、図４及び図５を参照して、ステッピ
ングモータの停止状態における異常時の保護動作につい
て説明する。ステッピングモータ１が運転時から停止す
る場合には、図４に示すように、有効ドライブ信号のＯ
ＦＦにより、スイッチＰ１〜Ｐ４が端子ａ側から端子ｂ
１，ｂ２，ｂ３，ｂ４側（以下、端子ｂ側とする）に切
換られ、駆動しているトランジスタＴr1〜Ｔr4が停止す
る。前記スイッチＳ１〜Ｓ４は、端子Ｃ側に接続され
る。

【００２２】次に、例えば、トランジスタＴr1に故障が
発生し、短絡状態になった場合には、励磁コイル２ａに
異常電流が流れる。この異常電流の増加により、電流検
出回路８からワンショット回路７に出力があると、ワン
ショット回路７は、スイッチＳを短時間（ワンショット
動作時間）、端子ｄ側に切換、再度端子ｃ側に戻す。こ
の切換動作より、電流検出信号がスイッチＰを介してト
ランジスタＴr3〜Ｔr4のベースに入力され、それぞれを
ＯＮさせる。

【００２３】この様に、トランジスタＴr1を除く、全て
のトランジスタＴr2〜Ｔr4をＯＮさせることにより、ス
テッピングモータ１の全相の励磁コイルに流れる電流即
ち、ヒューズ３に流れる電流を増大させ、ヒューズの許
容電流値を超えさせて、ヒューズ３を溶断する。

【００２４】以上のことから、ヒューズを短時間の内に
溶断させることにより、トランジスタＴr1が短絡状態で
故障したとしても、励磁コイルには電流が供給されなく
なり、励磁コイルの焼き付きや、発熱に伴う火災等を引
き起こすことが防止できる。

【００２５】次に、図６のタイミングチャートを参照し
て、ステッピングモータ停止時の外部からのノイズ等に
よる誤動作の保護について説明する。本実施形態の保護
動作においては、外部からの瞬間的な外乱信号（ノイ
ズ）で誤動作して、ヒューズを溶断しないように構成
し、故障等による長時間に渡る異常電流に対して、保護
を行うように動作させなければならない。

【００２６】そこで、本実施形態のワンショット回路７
は、電流検出回路８からの出力信号の時間により動作す
るか否かを予めワンショット時間Ｂを設定し、そのワン
ショット時間Ｂより短い時間のノイズに対しては、トラ
ンジスタが誤動作しないように構成する。

【００２７】従って、予め定めたワンショット時間Ｂ以
下で、ヒューズを即断しない程度の電流のノイズに対し
ては、前述した全トランジスタ駆動によるヒューズの溶
断による保護動作は、実施されない。

【００２８】本実施形態によれば、従来からモータの駆
動制御に用いていた電流検出回路等を利用して、モータ
停止時の異常検出を行っているため、異常検出に付加さ
せる部位が少なくてすみ、コストの点でも有用である。
また、モータの停止中に行われる動作であるため、故障
が発生し、ヒューズを溶断したことを、図示しないブザ
ーや警告灯や表示により使用者に告知しても良い。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように本発明によれば、安
価で且つ簡易な構成で、異常時に確実に動作して電源を
遮断し、モータ及び装置本体を保護する機能を有するモ
ータ制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるモータ制御装置の実施形態の構成
例を示す図である。

【図２】図１に示した電流検出回路の一構成例を示す図
である。

【図３】ステッピングモータの正常な運転について説明
するためのタイミングチャートである。

【図４】ステッピングモータの停止時（異常発生時）の
接続状態を示す図である。

【図５】ステッピングモータの停止状態における異常発
生時の保護動作について説明するためのタイミングチャ
ートである。

【図６】ステッピングモータ停止時に外部からのノイズ
による保護について説明するためのタイミングチャート
である。

【図７】従来のステッピングモータを駆動するため駆動
制御回路の構成例を示す図である。

【図８】図７におけるモータの励磁コイルを励磁するた
めの駆動パルスのタイミングチャートである。

【図９】従来のステッピングモータの駆動制御回路の問
題点を説明するためのタイミングチャートである。

【符号の説明】

１…ステッピングモータ ２ａ〜２ｄ…励磁コイル ３…ヒューズ ４…モータ駆動回路 ５…制御部 ６…保護部 ７…ワンショット回路 ８…電流検出回路 ９…電流検出抵抗 １０…比較器 １１…基準電源 Ｔr1〜Ｔr4…トランジスタ Ｐ１〜Ｐ４，Ｓ１〜Ｓ４…スイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０２Ｐ 8/12 Ｈ０２Ｐ 8/00 Ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 モータの回転駆動を制御する制御装置に
   おいて、 モータを回転させる駆動電流が予め定めた定格電流を超
   えた際に、溶断し電源の供給を遮断する電流遮断手段
   と、 前記駆動電流をモータに供給し回転力を与える駆動手段
   と、 前記モータへ供給される電流値を検出する電流検出手段
   と、 停止している前記モータに所定時間以上に電流が流れ、
   前記電流検出手段により異常電流として検出された場合
   に、前記駆動手段を駆動させて、前記定格電流を越える
   電流を一時供給し、前記電流遮断手段を溶断させ、モー
   タへの電源の供給を遮断する保護手段と、を具備するこ
   とを特徴とするモータ制御装置。
2. 【請求項２】 回転力を与える複数の励磁コイルを有す
   るモータの回転駆動を制御する制御装置において、 前記各励磁コイルに、予め定めた定格電流で溶断するヒ
   ューズを介して駆動電流を供給するための電源と、 前記励磁コイル毎に前記駆動電流を与えるトランジスタ
   列と、 前記励磁コイルに発生する磁相の切換制御を前記トラン
   ジスタ列に行わせるための相ドライブ信号を出力する制
   御部と、 前記駆動電流が流れる前記トランジスタ列の電流通路に
   接続し、その電流値に基づく検出信号を出力する電流検
   出部と、 前記制御部からの相ドライブ信号と前記電流検出回路か
   らの検出信号とを該制御部からの有効ドライブ信号によ
   り切換る第１のスイッチ列と、 前記第１のスイッチ列からの信号を、一時的に接地電位
   に切換可能で、その信号を前記トランジスタ列の各ベー
   スに出力する第２のスイッチ列と、 前記電流検出部の検出信号の出力時間が予め定めた時間
   以上の際に、前記第２のスイッチ列の一時的な切換を行
   うワンショット部と、を具備し、 前記モータの停止時に、前記電流検出部が前記トランジ
   スタ列の電流通路に流れる電流を検出した場合に、その
   検出信号が前記予め定めた時間以上の際に、前記ワンシ
   ョット部による第２のスイッチ列の一時的な切換動作の
   後、該検出信号により、前記第１のスイッチ列及び第２
   のスイッチ列を介して、該トランジスタ列を同時に駆動
   させ、複数の励磁コイルを導通させて前記定格電流以上
   の所定電流を流し、前記ヒューズを溶断し、電源の供給
   を遮断することを特徴とするモータ制御装置。
3. 【請求項３】 前記電流検出部の検出信号の出力時間が
   予め定めた時間未満の際に、前記ワンショット部による
   前記第２のスイッチ列の一時的な切換により、前記トラ
   ンジスタ列のベースを接地電位に接続し、前記検出信号
   による該トランジスタ列の動作を防止することを特徴と
   する請求項１記載のモータ制御装置。