JP3474953B2 - モータ駆動装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、両替機の両替紙幣排出
用のモータや、自動販売機の商品排出用のモータなどを
駆動するモータ駆動装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】この種のモータ駆動装置として、従来、
モータを介して電源に接続され、モータにモータ電流を
供給するモータドライバと、モータドライバに駆動信号
を出力する制御回路と、モータドライバの作動時間をカ
ウントするタイマとを備えたものが知られている。この
従来のモータ駆動装置では、モータ駆動信号が制御回路
からモータドライバに出力されると、モータドライバが
モータにモータ電流を供給して、これを駆動する。そし
て、モータドライバへの駆動信号の出力を停止すること
により、モータ電流の供給を停止して、モータを停止さ
せている。 【０００３】一方、モータの負荷である両替紙幣排出用
ベルトは、ジャムなどにより回転不能になることがあ
る。この場合、モータには、定常回転時におけるモータ
電流よりもはるかに大きいロック電流が流れ続ける。こ
の状態が継続すると、モータの寿命が短くなる。このた
め、従来のモータ駆動装置では、モータにモータ電流が
供給されている時間をタイマでカウントし、所定時間、
例えば、紙幣の排出に必要な時間よりもやや長い時間が
経過したときに、制御回路にタイムアップ信号を出力す
る。これにより、制御回路が、モータドライバへの駆動
信号の出力を停止することにより、モータを停止させて
いる。 【０００４】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
モータ駆動装置では、タイムアップするまでの間、ロッ
ク電流が流れ続けているため、モータやモータドライバ
の内部抵抗によって、これらに多量の熱が発生する。こ
のため、この熱を除去するために、モータやモータドラ
イバを、熱容量の大きい放熱板に取り付けたり、送風装
置によって冷却したりしている。この結果、装置の大型
化を招くと共に、コストの上昇を招くという問題があ
る。また、モータドライバが故障し、そのために制御回
路がモータ駆動信号の出力を停止してもモータにロック
電流が流れ続けているような場合、従来のモータ駆動装
置では、モータへのモータ電流の供給を停止することは
不可能である。また、仮にモータ電流が流れる電源ライ
ンにリレー切片などを直列に配設し、リレーをオフする
ことによりモータ電流を遮断するようにした場合には、
電流値が大きいロック電流を遮断するためには、非常に
切片容量が大きなリレーを必要とする結果、装置のさら
なる大型化や、コストの上昇を招くという問題点があ
る。 【０００５】本発明は、このような問題に鑑みてなされ
たものであり、モータやモータ駆動装置で発生する熱量
を抑制することができると共に、それにより装置の小型
化、ローコスト化を図ることができるモータ駆動装置を
提供することを目的とする。 【０００６】 【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく請
求項１に係るモータ駆動装置は、起動後のモータに流す
モータ電流の許容最大値を記憶するモータ電流記憶回路
と、モータのモータ電流の電流値を検出するモータ電流
検出回路と、モータ電流制御信号を出力し、検出された
モータ電流が記憶されている許容最大値よりも大きいと
きに、モータ電流が許容最大値になるように、モータ電
流制御信号の電圧値を制御するモータ電流制御回路と、
モータ電流制御回路から出力されたモータ電流制御信号
の電圧値に応じた電流値のモータ電流を出力する第１の
モータドライブ回路と、駆動命令が入力されたときに、
第１のモータドライブ回路から出力されたモータ電流を
モータに供給する第２のモータドライブ回路と、を備
え、モータ電流制御回路は、第２のモータドライブ回路
に駆動命令が入力されず、かつモータにモータ電流が流
れていることがモータ電流検出回路によって検出された
ときに、モータ電流が流れなくなるように、第１のモー
タドライブ回路に出力するモータ電流制御信号の電圧値
を制御することを特徴とする。 【０００７】 【０００８】 【作用】請求項１記載のモータ駆動装置では、第１およ
び第２のモータドライブ回路によってモータが駆動され
ると、モータにモータ電流が流れ、このモータ電流の電
流値は、モータ電流検出回路によって検出される。そし
て、検出されたモータ電流が、モータ電流記憶回路に記
憶されている起動後のモータに流すモータ電流の許容最
大値（例えば、両替機の紙幣排出用のベルトを駆動する
場合、起動後のモータがベルトを駆動するために必要な
トルクを発生する電流値）よりも大きくなったときに、
その許容最大値になるようにモータ電流制御信号の電圧
値制御して、第１のモータドライブ回路に出力する。そ
して、第１のモータドライブ回路は、モータ電流制御信
号の電圧値に応じた電流値のモータ電流を第２のモータ
ドライブ回路に出力し、第２のモータドライブ回路は、
駆動命令が入力されたときに、第１のモータドライブ回
路から出力されたモータ電流をモータに供給する。この
結果、起動後のモータに流れるモータ電流は、最大でも
設定された許容最大値以下に抑えられる。このため、前
述の例において、ベルトがジャムなどにより回転不能の
ときでも、モータに流れる電流は、許容最大値以下であ
り、この電流は、通常ロック電流よりも小さいため、モ
ータや第１および第２のモータドライブ回路での熱の発
生をその分少なくすることができる。この結果、モータ
に取り付ける放熱板を省略することが可能になると共
に、第１および第２のモータドライブ回路に取り付ける
放熱板もその分熱容量の小さいものを用いることができ
るので、装置の小型化を図ることができると共に、コス
トの削減を図ることができる。 【０００９】さらに、第２のモータドライブ回路が故障
し、駆動命令が入力されていない状態で、モータが作動
しているような場合、モータ電流制御回路が、モータ電
流が流れなくなるような電圧値のモータ電流制御信号を
第１のモータドライブ回路に出力することにより、モー
タを停止させることができる。このため、リレー等の他
の部品を何等用いることなく、モータを停止させること
ができる。 【００１０】 【実施例】以下、添付図面を参照して、本発明を適用し
た、両替機の紙幣排出用のモータＭを駆動するモータ駆
動装置について説明する。図１に示すように、このモー
タ駆動装置１は、ＣＰＵ（モータ電流記憶回路、モータ
電流制御回路）２、モータドライブ回路３、およびモー
タ電流検出回路４を備えている。なお、モータ駆動装置
１によって駆動されるモータＭは、図示しない排出ベル
トを駆動し、排出ベルトは、両替紙幣を紙幣金庫から紙
幣排出口に排出する（いずれも図示せず）。 【００１１】ＣＰＵ２は、起動時および起動後のモータ
Ｍに流れるモータ電流を、モータ電流制御信号により制
御する。そして、その内部にはＲＯＭを備えており、Ｒ
ＯＭには、起動後のモータＭに流すモータ電流の許容最
大値に対応する許容最大値データが記憶されている。ま
た、ＣＰＵ２は、ディジタルデータをアナログ電圧に変
換するＤ／Ａ変換部と、アナログ電圧をディジタルデー
タに変換するＡ／Ｄ変換部とを内部に備えている。Ｄ／
Ａ変換部の出力部に接続されるＤ／Ａ変換ポートには、
モータドライブ回路３が接続され、Ａ／Ｄ変換部の入力
部に接続されるＡ／Ｄ変換ポートには、モータ電流検出
回路４の出力部が接続されている。 【００１２】モータドライブ回路３は、ＣＰＵ２から出
力されるモータ電流制御信号の電圧値に応じた電流値の
モータ電流をモータＭに供給する。モータドライブ回路
３は、バッファ回路５、ドライブトランジスタ回路６お
よびモータドライブＩＣ７から構成されている。 【００１３】バッファ回路５は、ＣＰＵ２とドライブト
ランジスタ回路６の間に配設され、インピーダンス変換
すると共に、ＣＰＵ２のＤ／Ａ変換ポートから出力され
るモータ電流制御信号の電圧値に応じた電流値のバイア
ス電流をドライブトランジスタ回路６に供給する。具体
的には、バッファ回路５は、オペアンプ１１とＮＰＮト
ランジスタ１２を備えて構成されている。そして、オペ
アンプ１１とＮＰＮトランジスタ１２が、電圧−電流変
換回路として機能し、オペアンプ１１に入力されたモー
タ電流制御信号の電圧値にほぼ比例する電流値のコレク
タ電流をＮＰＮトランジスタ１２に流す。 【００１４】ドライブトランジスタ回路６は、モータ電
流をモータドライブＩＣ７に供給する回路であって、Ｐ
ＮＰトランジスタ１３を備えている。ＰＮＰトランジス
タ１３は、ベース電流としてのＮＰＮトランジスタ１２
のコレクタ電流を増幅し、増幅したコレクタ電流をモー
タ電流としてモータドライブＩＣ７に供給する。なお、
ダイオード１４は、モータＭの起動時に発生する逆起電
圧を低下させると共に、電源を遮断したときにモータド
ライブＩＣ７にチャージされている電荷を放電させて、
ＰＮＰトランジスタ１３を保護する。 【００１５】モータドライブＩＣ７は、モータＭにモー
タ電流を供給するものであって、図２に示すように、直
列接続されたＰＮＰトランジスタ２１およびＮＰＮトラ
ンジスタ２２からなるトランジスタ列と、同じく直列接
続されたＰＮＰトランジスタ２３およびＮＰＮトランジ
スタ２４からなるトランジスタ列から構成されたブリッ
ジ回路を備えている。ＰＮＰトランジスタ２１，２３の
両エミッタは、ＰＮＰトランジスタ１３のコレクタに接
続され、ＮＰＮトランジスタ２２，２４の各エミッタ
は、モータ電流検出回路４のシャント抵抗３１に接続さ
れている。また、ＰＮＰトランジスタ２１，２３の各コ
レクタは、モータＭの入力端子にそれぞれ接続されると
共に、抵抗２５，２６を介して、互いに他方のＰＮＰト
ランジスタ２３，２１のベースに接続されている。さら
に、ＮＰＮトランジスタ２２，２４の各ベースは、アン
ドゲート２７，２８の出力部に接続され、アンドゲート
２７の２つの入力端子は、ＣＰＵ２の出力端子１および
出力端子２にそれぞれ接続され、アンドゲート２８の２
つの入力端子は、ＣＰＵ２の出力端子１および出力端子
３にそれぞれ接続されている。なお、ＡＶＲ２９は、入
力された電源電圧を５Ｖに安定化して、アンドゲート２
７，２８に供給する。 【００１６】モータドライブＩＣ７は、ＣＰＵ２の出力
端子１からハイレベル信号が出力されると、スタンバイ
状態になり、この状態で、ＣＰＵ２の出力端子２からハ
イレベル信号が出力されると、アンドゲート２７がハイ
レベル信号をＮＰＮトランジスタ２２のベースに出力す
ることにより、ＮＰＮトランジスタ２２がオンになると
共にＰＮＰトランジスタ２３もオンになり、モータＭを
正転駆動する。一方、スタンバイ状態で、ＣＰＵ２の出
力端子３からハイレベル信号が出力されると、アンドゲ
ート２８がハイレベル信号をＮＰＮトランジスタ２４の
ベースに出力することにより、ＮＰＮトランジスタ２４
がオンになると共にＰＮＰトランジスタ２１もオンにな
り、モータＭを逆転駆動する。 【００１７】モータ電流検出回路４は、図１に示すよう
に、シャント抵抗３１、オペアンプ３２および入力抵抗
３３から構成されている。シャント抵抗３１は、ＰＮＰ
トランジスタ１３、モータドライブＩＣ７を介してモー
タＭに流れたモータ電流が自身に流れることにより、モ
ータ電流の電流値を電圧信号に変換する。オペアンプ３
２は、ボルテージフォロワとして機能し、シャント抵抗
３１によって変換された電圧信号をインピーダンス変換
し、電流検出信号としてＣＰＵ２のＡ／Ｄ変換ポートに
出力する。 【００１８】このモータ電流制御回路１では、まず、図
示しない制御装置からＣＰＵ２に紙幣排出信号が入力さ
れると、ＣＰＵ２が、出力端子１および出力端子２にハ
イレベル信号を出力すると共に、モータＭの起動に必要
なモータ電流を流すように、Ｄ／Ａ変換ポートから所定
の電圧値の起動電流制御信号をオペアンプ１１に出力す
る。オペアンプ１１およびＮＰＮトランジスタ１２は、
電流制御信号の電圧値に応じた電流値になるようなベー
ス電流を引き込むことにより、ＰＮＰトランジスタ１３
をオンにする。ＰＮＰトランジスタ１３は、ベース電流
を所定の電流増幅度で増幅し、エミッタ電流をモータド
ライブＩＣ７に供給する。つまり、オペアンプ１１、Ｎ
ＰＮトランジスタ１２およびＰＮＰトランジスタ１３
は、一体となって、電流制御信号の電圧値に応じたモー
タ電流をモータドライブＩＣ７に供給する。 【００１９】モータドライブＩＣ７では、ＣＰＵ２の出
力端子１および２から出力されたハイレベル信号によっ
てＮＰＮトランジスタ２２およびＰＮＰトランジスタ２
３がオンになり、ＰＮＰトランジスタ１３からのモータ
電流を、モータＭに供給してモータＭを正転駆動する。
なお、モータＭを逆転駆動する場合には、ＣＰＵ２は、
出力端子３にハイレベル信号を出力することにより、Ｎ
ＰＮトランジスタ２４、ＰＮＰトランジスタ２１をオン
にする。 【００２０】モータＭに流れたモータ電流は、シャント
抵抗３１に流れ、シャント抵抗３１、オペアンプ３２に
よって電圧変換された電流検出信号がＣＰＵ２のＡ／Ｄ
変換ポートに入力される。ＣＰＵ２は、モータＭが起動
して定常電流になるまでの時間（約５０ｍＳ〜１００ｍ
Ｓ）が経過した後に入力されたモータ電流検出電圧をデ
ィジタルデータに変換する。そして、ＣＰＵ２は、ディ
ジタルデータを、ＲＯＭが記憶している許容最大値デー
タと比較して、許容最大値データよりも大きいとき、つ
まりモータ電流が許容最大値を超えたときに、モータ電
流がその許容最大値になるように、モータ電流制御信号
の電圧値を変化させる。この結果、ＣＰＵ２、モータド
ライブ回路３およびモータ電流検出回路４からなるフィ
ードバック回路が形成され、起動後にモータＭに流れる
電流は、許容最大値以下に抑えられる。 【００２１】この場合、許容最大値は、例えば、排出用
ベルトを駆動するのに必要なだけのトルクを発生する電
流値に設定されている（本実施例では２Ａ）。したがっ
て、排出用ベルトのジャムなどにより、モータＭにロッ
ク電流、例えば、３．２Ａが流れたときには、フィード
バックループの働きにより、モータ電流が２Ａに制限さ
れる。この結果、負荷となる排出ベルトなどに異常が起
こることによりモータＭがロック状態になったときで
も、モータ電流を２Ａにすることにより、モータ電流を
１．２Ａだけ低減させることができる。このため、モー
タＭの放熱が不要になり、モータＭを樹脂板に取り付け
ることが可能になると共に、ＰＮＰトランジスタ１３お
よびモータドライブＩＣ７に取り付ける放熱板の熱容量
も小さくて済むことになる。 【００２２】次に、モータ電流制御処理を中心に、ＣＰ
Ｕ２が実行する紙幣排出処理について、図３，４のフロ
ーチャートを参照して説明する。 【００２３】最初に、図３に示すように、まず、制御装
置からモータ駆動信号が出力されると、Ｄ／Ａ変換ポー
トに起動電流制御信号を出力してモータＭを駆動する
（ステップ４１）。次いで、シャント抵抗３１がモータ
電流を検出する（ステップ４２）。起動後、例えば、所
定時間（約５０ｍＳ）経過後に、シャント抵抗３１が検
出したモータ電流検出電圧をディジタルデータに変換
し、電流値が許容最大値よりも大きいか否かを判別定す
る（ステップ４３）。許容最大値以内と判別したとき
は、紙幣が紙幣排出口に到達したか否かを判別する（ス
テップ４４）。紙幣が到達したと判別したときは、モー
タＭを停止させて（ステップ４５）、次のステップを行
う。 【００２４】ステップ４３において、モータＭを流れる
電流が許容最大値よりも大きいときは、モータ電流が許
容最大値になるような電圧値のモータ制御信号を出力す
る（ステップ４６）。次いで、第１設定時間以内か否か
を判別する（ステップ４７）。ここで、第１設定時間と
は、ロック電流をモータＭに流すことが許容できる時間
であり、本実施例では１秒に設定されている。第１設定
時間以内と判別したときは、上述したステップ４４を行
う一方、第１設定時間以内でないと判別したときは、排
出ベルトなどに異常が発生することによりモータＭにロ
ック電流が流れていると判定し、モータＭを停止させる
（ステップ４５）。 【００２５】前述したステップ４４において、紙幣が到
達していないと判別したときは、第２設定時間以内か否
かを判別する（ステップ４８）。ここで、第２設定時間
とは、紙幣を紙幣金庫から紙幣排出口まで排出するのに
必要とされる時間（約０．３秒）に余裕を持たせた時間
であり、本実施例では３秒に設定されている。第２設定
時間以内と判別したときは、上述したステップ４２に戻
りモータ電流の電流値を監視する一方、第２設定時間以
内でないと判別したときは、排出ベルトなどに紙幣が詰
まったなどの搬送不良が発生したと判定し、出力端子２
からハイレベル信号の出力を停止することにより、モー
タＭを停止させる（ステップ４５）。 【００２６】次いで、図４に示すように、モータＭに流
れている電流値が値０であるか否か、つまりモータＭに
モータ電流が流れているか否かを判別する（ステップ５
１）。電流値が値０であると判別したときは、前述した
ステップ４７で第１設定時間を経過していたか否か、お
よびステップ４８において第２設定時間を経過していた
か否かに基づいて、モータＭが正常に作動していたか否
かを判別する（ステップ５２）。両時間以内と判別した
ときは、正常に作動したと判定し、この紙幣排出処理を
終了する（ステップ５３）。 【００２７】前述したステップ５１において、モータ電
流が流れていると判別したときは、モータ電流を値０に
するようなモータ電流制御信号を出力する（ステップ５
４）次いで、モータドライブＩＣが故障したと判定し、
図示しない液晶表示部（ＬＣＤ）に回路不良が起きたこ
とを表示し（ステップ５５）、両替動作を休止し（ステ
ップ５６）、紙幣排出処理を終了する（ステップ５
３）。 【００２８】前述したステップ５２において、正常に作
動していなかったと判別したときは、ステップ４７の判
別結果に基づいて、モータＭにロックが起きていたか否
かを判別する（ステップ５７）。モータロックが起きた
と判別したときは、液晶表示部にモータロックが起きた
ことを表示し（ステップ５８）、両替動作を休止し（ス
テップ５９）、紙幣排出処理を終了する（ステップ５
３）。一方、モータロックが起きていないと判別したと
きは、紙幣の詰まりなどによる搬送不良が起きたと判定
し、液晶表示部に搬送不良が起きたことを表示し（ステ
ップ６０）、両替動作を休止し（ステップ５９）、紙幣
排出処理を終了する（ステップ５３）。 【００２９】以上のように、本実施例では、モータＭに
モータロックが起きたときでも、モータ電流を２Ａに制
限するため、モータＭ、ＰＮＰトランジスタ１３および
モータドライブＩＣ７で発生する熱量を抑制することが
できるため、その分モータＭの放熱が不要になり、モー
タＭを樹脂板に取り付けることが可能になると共に、Ｐ
ＮＰトランジスタ１３およびモータドライブＩＣ７に取
り付ける放熱板の熱容量を小さくすることができる。こ
の結果、装置の小型化、ローコスト化を図ることができ
る。 【００３０】さらに、モータドライブＩＣ７が故障する
ことにより、モータＭが駆動され続けたような場合で
も、ＣＰＵ２が、モータ電流検出回路によって検出され
たモータ電流検出電圧を監視し、モータ電流が流れなく
なるような電圧値（例えば、０Ｖ）のモータ電流制御信
号を、モータドライブ回路３に出力することにより、モ
ータＭを停止させることができる。このため、リレー等
の他の部品を何等用いることなく、簡易にモータＭを停
止させることができる。 【００３１】なお、本実施例においては、許容最大値を
ＲＯＭに記憶させているが、ボリュームなどによって任
意に設定することができる。また、ＣＰＵ２は、モータ
Ｍが起動した時から所定時間を経過した後にモータ電流
が許容最大値以下になるように制御しているが、起動時
直後から許容最大値になるように制御することもでき
る。 【００３２】また、本実施例では、直流モータについて
説明したが、これに限定されず、ＡＣモータでもよい
し、ステッピングモータなどや他のいかなるモータにも
適用可能である。 【００３３】 【発明の効果】以上のように、本発明のモータ電流駆動
装置によれば、モータやモータドライブ回路で発生する
熱を低下させることができる結果、モータやモータドラ
イブ回路に放熱板を取り付けたり、送風装置により送風
する必要がなくなるため、装置の小型化を図ることがで
きると共に、装置のコストを削減することができる。

【図面の簡単な説明】 【図１】実施例のモータ駆動装置の電気回路図である。 【図２】実施例のモータドライバの回路図である。 【図３】実施例のＣＰＵが実行する紙幣排出処理のフロ
ーチャートである。 【図４】実施例のＣＰＵが実行する紙幣排出処理のフロ
ーチャートである。 【符号の説明】 １ モータ駆動装置 ２ ＣＰＵ ３ モータドライブ回路 ４ モータ電流検出回路 Ｍ モータ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 7/00

Claims (1)

1. (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 起動後のモータに流すモータ電流の許容
   最大値を記憶するモータ電流記憶回路と、前記モータのモータ電流の電流値を検出するモータ電流
   検出回路と、 モータ電流制御信号を出力し、前記検出されたモータ電
   流が前記記憶されている許容最大値よりも大きいとき
   に、前記モータ電流が前記許容最大値になるように、前
   記モータ電流制御信号の電圧値を制御するモータ電流制
   御回路と、 当該モータ電流制御回路から出力された前記モータ電流
   制御信号の電圧値に応じた電流値のモータ電流を出力す
   る第１のモータドライブ回路と、 駆動命令が入力されたときに、前記第１のモータドライ
   ブ回路から出力されたモータ電流を 前記モータに供給す
   る第２のモータドライブ回路と、 を備え、 前記モータ電流制御回路は、前記第２のモータドライブ
   回路に前記駆動命令が入力されず、かつ前記モータにモ
   ータ電流が流れていることが前記モータ電流検出回路に
   よって検出されたときに、当該モータ電流が流れなくな
   るように、前記第１のモータドライブ回路に出力する前
   記モータ電流制御信号の電圧値を制御することを特徴と
   するモータ駆動装置。