JP5672081B2 - Control device, motor drive device, motor control device, image forming apparatus, and voltage control program - Google Patents
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Description
本発明は、制御装置、モータ駆動装置、モータ制御装置、画像形成装置及び電圧制御プログラムに関する。 The present invention relates to a control device, a motor drive device, a motor control device, an image forming apparatus, and a voltage control program.
従来から、トランジスタや当該トランジスタにより駆動されるモータの過電流による破損防止を目的として、電流検出抵抗を用いてトランジスタに流れる電流を測定し、測定した電流が所定値を超えると、トランジスタへの入力信号を一定時間オフすることにより、トランジスタに大きな電流が流れないようにする技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, for the purpose of preventing damage due to overcurrent of a transistor or a motor driven by the transistor, the current flowing through the transistor is measured using a current detection resistor, and when the measured current exceeds a predetermined value, the input to the transistor A technique for preventing a large current from flowing through a transistor by turning off the signal for a certain time is known (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、上述したような従来技術では、トランジスタに流れる駆動電流しか考慮されておらず、モータの励磁相が切り換わる際にトランジスタに流れる回生電流が考慮されていなかった。このため、上述したような従来技術では、トランジスタに流れる回生電流の影響により、依然として過電流によるトランジスタの破損の可能性があった。 However, in the prior art as described above, only the drive current flowing through the transistor is considered, and the regenerative current flowing through the transistor is not considered when the excitation phase of the motor is switched. For this reason, in the conventional technology as described above, there is still a possibility that the transistor is damaged due to overcurrent due to the influence of the regenerative current flowing through the transistor.
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる制御装置、モータ駆動装置、モータ制御装置、画像形成装置及び電圧制御プログラムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a control device, a motor drive device, a motor control device, an image forming device, and a voltage control program that can prevent transistor damage due to overcurrent. Objective.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様にかかる制御装置は、複数の固定子と、前記複数の固定子のうちの励磁される固定子が切り替えられることにより回転する回転子と、前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出手段とを、有するモータと、電流を流すか否かが切り換えられることにより励磁する固定子を切り替える複数の切換手段と、電源から切換手段に流れている電流を検出する電流検出手段と、前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁する固定子の切り換えタイミングを検出して電流を流す切換手段を切り換えるとともに、前記電流検出手段により検出された前記電流に応じた検出電圧が制限電圧以上となった場合に、切換手段に流れる電流を小さくするモータ駆動手段と、を備えるモータ制御装置の制御装置であって、前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁される固定子の切り替えタイミングを検出し、検出後一定期間、前記制限電圧を低くすることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, a control device according to one aspect of the present invention rotates by switching a plurality of stators and a stator to be excited among the plurality of stators. A motor having a rotating rotor and a rotational position detecting means for detecting the rotational position of the rotor, a plurality of switching means for switching a stator to be excited by switching whether or not to pass current, and a power source The current detecting means for detecting the current flowing in the switching means, and the switching means for detecting the switching timing of the stator excited from the rotational position detected by the rotational position detecting means to switch the current are switched. Motor drive means for reducing the current flowing through the switching means when the detection voltage corresponding to the current detected by the detection means exceeds a limit voltage. A control device for a motor control device, comprising: detecting a switching timing of a stator excited from the rotational position detected by the rotational position detecting means, and lowering the limit voltage for a certain period after detection. And
また、本発明の別の態様にかかるモータ駆動装置は、電流を流すか否かが切り換えられることによりモータが有する複数の固定子のうちの励磁される固定子を切り替えて前記モータが有する回転子を回転させる複数の切換手段のうちの電流を流す切換手段を、前記モータが有する回転位置検出手段により検出された前記回転子の回転位置から励磁する固定子の切り換えタイミングを検出して切り換えるとともに、電源から切換手段に流れている電流であって電流検出手段により検出された電流に応じた検出電圧が制限電圧以上となった場合に、切換手段に流れる電流を小さくする電流制御手段と、前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁される固定子の切り替えタイミングを検出して、前記切り替えタイミングから前記制限電圧を低くする変更期間を検出する変更期間検出手段と、前記変更期間、前記制限電圧を低くする変更手段と、を備えることを特徴とする。 In addition, the motor drive device according to another aspect of the present invention includes a rotor that the motor has by switching a stator to be excited among a plurality of stators that the motor has by switching whether or not to flow current. The switching means for supplying current among the plurality of switching means for rotating the motor is detected by switching the switching timing of the stator to be excited from the rotational position of the rotor detected by the rotational position detecting means of the motor, and is switched. Current control means for reducing the current flowing to the switching means when the detected voltage corresponding to the current detected by the current detection means is greater than or equal to the limit voltage, and the current flowing from the power source to the switching means; Detecting the switching timing of the stator excited from the rotational position detected by the position detection means, from the switching timing And changing the period detecting means for detecting a change period to lower the limit voltage, the change period, characterized in that it comprises a changing means for lowering the said limit voltage.
また、本発明の別の態様にかかるモータ制御装置は、上記制御装置又は上記モータ駆動装置を備えることを特徴とする。 Moreover, the motor control apparatus concerning another aspect of this invention is provided with the said control apparatus or the said motor drive device.
また、本発明の別の態様にかかる画像形成装置は、上記制御装置、上記モータ駆動装置、又は上記モータ制御装置を備えることを特徴とする。 An image forming apparatus according to another aspect of the present invention includes the control device, the motor driving device, or the motor control device.
また、本発明の別の態様にかかる電圧制御プログラムは、複数の固定子と、前記複数の固定子のうちの励磁される固定子が切り替えられることにより回転する回転子と、前記回転子の回転位置を検出する回転位置検出手段とを、有するモータと、電流を流すか否かが切り換えられることにより励磁する固定子を切り替える複数の切換手段と、電源から切換手段に流れている電流を検出する電流検出手段と、前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁する固定子の切り換えタイミングを検出して電流を流す切換手段を切り換えるとともに、前記電流検出手段により検出された前記電流に応じた検出電圧が制限電圧以上となった場合に、切換手段に流れる電流を小さくするモータ駆動手段と、を備えるモータ制御装置の制御装置のコンピュータに、前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁される固定子の切り替えタイミングを検出するタイミング検出ステップと、前記切り替えタイミングの検出後一定期間、前記制限電圧を低くする電圧制御ステップと、を実行させるためのものである。 In addition, a voltage control program according to another aspect of the present invention includes a plurality of stators, a rotor that rotates when a stator to be excited among the plurality of stators is switched, and rotation of the rotor. Rotating position detecting means for detecting a position, a plurality of switching means for switching a stator to be excited by switching whether or not to flow current, and detecting a current flowing from the power source to the switching means The current detection means and the switching means for supplying current by detecting the switching timing of the stator to be excited from the rotational position detected by the rotational position detection means are switched, and the current detection means is adapted to the current detected by the current detection means. And a motor drive means for reducing the current flowing through the switching means when the detected voltage exceeds the limit voltage. A timing detection step of detecting a switching timing of a stator excited from the rotational position detected by the rotational position detecting means, and a voltage control for lowering the limit voltage for a certain period after the detection of the switching timing. Step.
本発明によれば、過電流によるトランジスタの破損を防止することができるという効果を奏する。 According to the present invention, the transistor can be prevented from being damaged due to overcurrent.
以下、添付図面を参照しながら、本発明にかかる制御装置、モータ駆動装置、モータ制御装置、画像形成装置及び電圧制御プログラムの実施形態を詳細に説明する。以下の各実施形態で説明するモータ制御装置は、例えば、複合機、複写機、印刷装置、スキャナ装置、及びファクシミリ装置などの画像形成装置に適用されるが、これに限定されるものではない。なお、複合機は、複写機能、印刷機能、スキャナ機能、及びファクシミリ機能のうち少なくとも2つの機能を有するものである。 Hereinafter, embodiments of a control device, a motor drive device, a motor control device, an image forming apparatus, and a voltage control program according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The motor control devices described in the following embodiments are applied to, for example, image forming apparatuses such as multifunction peripherals, copiers, printing apparatuses, scanner apparatuses, and facsimile apparatuses, but are not limited thereto. The multi-function device has at least two functions among a copying function, a printing function, a scanner function, and a facsimile function.
以下の各実施形態のモータ制御装置は、トランジスタに流れる駆動電流だけでなく回生電流も考慮して、トランジスタに流れる電流を定格電流以下にする。 In the motor control devices of the following embodiments, the current flowing through the transistor is set to be equal to or lower than the rated current in consideration of not only the drive current flowing through the transistor but also the regenerative current.
まず、以下の各実施形態のモータ制御装置を説明する前に、比較例として、従来のモータ制御装置の一例について説明する。 First, an example of a conventional motor control device will be described as a comparative example before the motor control devices of the following embodiments are described.
図1は、従来のモータ制御装置1の一例を示す構成図である。図1に示すように、モータ制御装置1は、ブラシレスDCモータ10と、トランジスタ20a〜20fと、駆動電流検出抵抗30と、主制御装置40と、プリドライバ50とを、備える。
FIG. 1 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional
ブラシレスDCモータ10は、いわゆる無整流子電動機であり、固定子巻線11a〜11cと、回転子12と、ホール素子13a〜13cとを、備える。固定子巻線11a〜11cは、それぞれU相〜W相から構成されており、後述のトランジスタ20a〜20fにより駆動電流が流される相、即ち励磁相(固定子巻線11a〜11cのうち励磁される固定子巻線)が切り換えられることによって、磁石である回転子12を回転させる。ホール素子13a〜13cは、回転子12の回転位置(回転角度)を検出する。具体的には、ホール素子13a〜13cは、ホール効果を利用することにより、それぞれ回転子12の所定位置を検出しているか否かを示すホール信号HALL_U〜HALL_Wを後述のプリドライバ50に出力する。
The
トランジスタ20a〜20cのエミッタ端子は、それぞれトランジスタ20d〜20fのコレクタ端子と接続されている。トランジスタ20a及びトランジスタ20dの接続部は、固定子巻線11a(U相)と接続され、トランジスタ20b及びトランジスタ20eの接続部は、固定子巻線11b(V相)と接続され、トランジスタ20c及びトランジスタ20fの接続部は、固定子巻線11c(W相)と接続されている。トランジスタ20a〜20fは、それぞれ後述のプリドライバ50によりオン/オフが切り換えられることによって、電源5からの駆動電流を流すか否かが切り換えられる。これにより、トランジスタ20a〜20fは、駆動電流を流すブラシレスDCモータ10の相、即ちブラシレスDCモータ10の励磁相(固定子巻線11a〜11cのうち励磁する固定子巻線)を切り換える。このように、トランジスタ20a〜20fは、インバータ回路として機能する。
The emitter terminals of the
駆動電流検出抵抗30は、トランジスタ20d〜20fのエミッタ端子に接続されており、電源5からトランジスタ20a〜20fの少なくともいずれかを流れる駆動電流を検出し、検出した駆動電流に応じた検出電圧を後述のプリドライバ50に出力する。
The drive
主制御装置40は、入力PWM(Pulse Width Modulation)信号を後述のプリドライバ50に出力するものであり、例えば、CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、及びRAM(Random Access Memory)などを備えたコンピュータである。
The
プリドライバ50は、コンパレータ51と、出力部52とを、備える。また、プリドライバ50は、トランジスタ20c、20b、20a、20f、20e、20dとそれぞれ接続されているW+、V+、U+、W−、V−、U−端子を有している。
The pre-driver 50 includes a
コンパレータ51のVsense端子には、駆動電流検出抵抗30により検出された駆動電流に応じた検出電圧がかかり、コンパレータ51のVclamp端子には、駆動電流の電流制限値に応じた制限電圧がかかる。ここで、電流制限値は、定格電流の上限値である。コンパレータ51は、Vsense端子にかかる検出電圧とVclamp端子にかかる制限電圧とを比較し、Vsense端子に制限電圧以上の検出電圧がかかった場合、駆動電流制限信号を出力部52に出力する。
A detection voltage corresponding to the drive current detected by the drive
出力部52は、ホール素子13a〜13cから入力されたホール信号からブラシレスDCモータ10の励磁相の切り換えタイミングを検出して、プリドライバ50のW+、V+、U+、W−、V−、及びU−端子のいずれの端子から、主制御装置40から入力された入力PWM信号に応じた出力PWM信号を出力するかを決定し、決定した端子から出力PWM信号を出力する。これにより、出力部52は、トランジスタ20a〜20fのオン/オフを切り換え、電源5からの駆動電流を流すトランジスタ20a〜20fを切り換ることにより、ブラシレスDCモータ10の励磁相を切り換え、回転子12を回転させる(ブラシレスDCモータ10を駆動させる)。
The
また、出力部52は、コンパレータ51から駆動電流制限信号が入力されると、電源からトランジスタ20a〜20fに流れる駆動電流を制限する。図2は、駆動電流制限手法の一例の説明図である。図2に示す例では、出力部52は、コンパレータ51から駆動電流制限信号が入力されると、即ち、駆動電流検出抵抗30により検出された駆動電流が電流制限値以上になると、入力PWM信号に応じた出力PWM信号の出力を停止し、出力PWM信号のDUTYを入力PWM信号よりも小さくする。これにより、出力部52は、トランジスタ20a〜20fに流れる駆動電流を小さくし、駆動電流を定格電流以下にする。出力部52は、例えば、回転子12の回転開始時(ブラシレスDCモータ10の駆動開始時)など、入力PWM信号のDUTYが大きくなり、駆動電流が電流制限値以上になる場合に、このような駆動電流制限を行う。
Further, when the drive current limit signal is input from the
このように、従来のモータ制御装置1では、トランジスタ20a〜20fに流れる駆動電流を電流制限値以下に抑えることで、駆動電流を定格電流以下にしている。しかしながら、トランジスタ20a〜20fに流れる電流は、駆動電流だけでなく、励磁相の切り換え時に発生する回生電流もある。このため、従来のモータ制御装置1では、トランジスタ20a〜20fに流れる駆動電流を電流制限値以下に抑えていても、回生電流の影響によりトランジスタ20a〜20fに流れる合計電流(駆動電流+回生電流)が定格電流を超えてしまい、過電流によるトランジスタ20a〜20fの破損の可能性がある。以下、回生電流の影響について具体的に説明する。
As described above, in the conventional
図3は、W−U相が励磁されている場合にトランジスタ20a〜20fに流れる電流の経路の一例を示す経路図であり、図4は、励磁相がW−U相からW−V相に切り換わった場合にトランジスタ20a〜20fに流れる電流の経路の一例を示す経路図である。なお、図3及び図4に示す例では、ブラシレスDCモータ10については、固定子巻線11a〜11c及びホール素子13a〜13cのみを示している。
FIG. 3 is a path diagram illustrating an example of a path of a current flowing through the
図3に示すように、励磁相がW−U相の場合(トランジスタ20c及び20dがオンされている場合)、駆動電流(W−U)71が、電源5、トランジスタ20c、固定子巻線11c(W相)、固定子巻線11a(U相)、トランジスタ20dの経路で流れる。また、図4に示すように、トランジスタ20dがオフ、トランジスタ20eがオンに切り換えられ、励磁相がW−U相からW−V相に切り換えられると(トランジスタ20c及び20eがオンされている場合)、駆動電流(W−V)72が、電源5、トランジスタ20c、固定子巻線11c(W相)、固定子巻線11b(V相)、トランジスタ20eの経路で流れる。また、図4に示すように、励磁相がW−U相からW−V相に切り換えられると、W−U相が励磁されていたことにより固定子巻線11a及び11cに蓄えられていた電流が、回生電流73として、固定子巻線11c(W相)、固定子巻線11a(U相)、トランジスタ20a、トランジスタ20cの経路で巡回して流れる。なお、回生電流73は、図4に示すように、トランジスタ20d〜20fのいずれにも流れないため、駆動電流検出抵抗30は、回生電流73を検出することができない。
As shown in FIG. 3, when the excitation phase is the WU phase (when the
図5は、励磁相がW−U相からW−V相に切り換わる前後でのホール信号及びトランジスタ20cに流れる電流の一例を示すタイミングチャート図である。図5に示す例では、破線81がW−U相からW−V相への励磁相の切り換わりタイミングを示している。具体的には、ホール信号HALL_U〜HALL_Wが、それぞれLow、High、HighからLow、Low、Highに切り換わるタイミングでプリドライバ50により励磁相がW−U相からW−V相へ切り換えられる。また、破線81から破線82までの期間がトランジスタ20cに回生電流が流れる期間を示している。
FIG. 5 is a timing chart showing an example of the Hall signal and the current flowing through the
図5に示すように、励磁相がW−U相からW−V相へ切り換えられると、トランジスタ20cを流れる駆動電流(W−U)が0となり、トランジスタ20cを流れる駆動電流(W−V)が徐々に大きくなり、トランジスタ20cを流れる回生電流が発生し徐々に小さくなる。この結果、回生電流がトランジスタ20cを流れている間、トランジスタ20cを流れる合計電流(駆動電流(W−U)+駆動電流(W−V)+回生電流)が電流制限値を越えてしまうため、トランジスタ20cを流れる合計電流が定格電流を超えてしまい、過電流によるトランジスタ20cの破損の可能性がある。
As shown in FIG. 5, when the excitation phase is switched from the WU phase to the WV phase, the drive current (WU) flowing through the
このように、従来のモータ制御装置1では、トランジスタ20a〜20fに流れる駆動電流を電流制限値以下に抑えていても、励磁相が切り換わった場合に回生電流の影響によりトランジスタ20a〜20fのいずれかに流れる合計電流(駆動電流+回生電流)が定格電流を超えてしまい、当該トランジスタが過電流により破損してしまう可能性がある。
As described above, in the conventional
このため、以下の各実施形態のモータ制御装置は、モータの励磁相を切り換える際に制限電圧を低くすることにより、トランジスタに流れる駆動電流の電流制限値を下げる。これにより、モータの励磁相の切り換え時にトランジスタに駆動電流だけでなく回生電流が流れてもトランジスタに流れる合計電流(駆動電流+回生電流)を定格電流以下にすることができ、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる。 For this reason, the motor control devices of the following embodiments reduce the current limit value of the drive current flowing in the transistor by lowering the limit voltage when switching the excitation phase of the motor. As a result, when the excitation phase of the motor is switched, the total current flowing through the transistor (drive current + regenerative current) can be reduced below the rated current even if the regenerative current flows in the transistor, and the transistor current due to overcurrent can be reduced. Breakage can be prevented.
(第1実施形態)
第1実施形態では、モータの励磁相を切り換える際に主制御装置及び変更装置が制限電圧を低くする例について説明する。
(First embodiment)
In the first embodiment, an example will be described in which the main control device and the changing device lower the limit voltage when switching the excitation phase of the motor.
図6は、第1実施形態のモータ制御装置101の一例を示す構成図である。図6に示すように、モータ制御装置101は、主制御装置140の構成及び変更装置160を更に備える点が、従来のモータ制御装置1と相違する。以下では、従来のモータ制御装置1との相違点の説明を主に行い、従来のモータ制御装置1と同様の機能を有する構成要素については、従来のモータ制御装置1と同様の名称・符号を付し、その説明を省略する。つまり、モータ制御装置101が備えるブラシレスDCモータ10(モータの一例)、トランジスタ20a〜20f(複数の切換手段の一例)、駆動電流検出抵抗30(電流検出手段の一例)、及びプリドライバ50(モータ駆動手段の一例)については、従来のモータ制御装置1と同様の機能を有するため、その説明を省略する。なお、図6では、ブラシレスDCモータ10については、固定子巻線11a〜11c(複数の固定子の一例)及びホール素子13a〜13c(回転位置検出手段の一例)のみ示している。
FIG. 6 is a configuration diagram illustrating an example of the
主制御装置140及び変更装置160(制御装置の一例)は、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から、励磁相の切り換えタイミングを検出し、検出後一定期間、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を低くする。
The
主制御装置140は、タイミング検出部141と、指示信号出力部142とを、備える。また、主制御装置140は、指示信号を出力するVmode enable端子を有している。
タイミング検出部141は、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から、励磁相の切り換えタイミングを検出する。具体的には、タイミング検出部141には、ホール素子13a〜13cからそれぞれホール信号HALL_U〜HALL_W(位置検出信号の一例)が入力される。そしてタイミング検出部141は、入力されたホール信号HALL_U〜HALL_Wを用いて、回転子12の所定位置を検出している所定位置検出状態から所定位置を検出していない所定位置非検出状態への切り換わり、又は所定位置非検出状態から所定位置検出状態への切り換わりを検出する。例えば、タイミング検出部141は、ホール素子13bが回転子12の所定位置を検出している所定位置検出状態(HALL_VがHigh)から、ホール素子13bが回転子12の所定位置を検出していない所定位置非検出状態(HALL_VがLow)への切り換わりを検出する。
The
指示信号出力部142は、タイミング検出部141により切り換えタイミングが検出された場合、即ち、所定位置検出状態から所定位置非検出状態への切り換わり又は所定位置非検出状態から所定位置検出状態への切り換わりが検出された場合に、コンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧よりも低い第2電圧に変更することを指示する指示信号を、後述の変更装置160に一定期間出力する。ここで、第1電圧は、定格電流の上限値に応じた電圧である。具体的には、指示信号出力部142は、通常時(励磁相の切り換えタイミングでない場合)には、Vmode enable端子をLowに設定することにより、制限電圧を第1電圧にすることを後述の変更装置160に指示する。そして指示信号出力部142は、励磁相の切り換えタイミングである場合には、Vmode enable端子を一定期間LowからHighに変更することにより、制限電圧を第1電圧から第2電圧へ一定期間変更することを後述の変更装置160に指示する。なお本実施形態では、回生電流が発生している期間が0.5msec程度であるため、一定期間を0.5msecとするが、これに限定されるものではなく、制限電圧を第1電圧から第2電圧へ変更することによりトランジスタ20a〜20fに流れる合計電流(駆動電流+回生電流)を電流制限値以下にすることができる期間であればよい。
The instruction
変更装置160は、指示信号出力部142から指示信号が入力されていない場合、コンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧とし、指示信号出力部142から指示信号が入力されている間、コンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧から第2電圧に変更するものである。変更装置160は、本実施形態では分圧回路により実現されており、抵抗161〜163と、トランジスタ164とを、備える。
When the instruction signal is not input from the instruction
具体的には、変更装置160は、指示信号出力部142によりVmode enable端子がLowに設定され、トランジスタ164がオフに切り換えられている場合、電源165からトランジスタ164に電流を流さず、Vclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧とする。なお、第1電圧は数式(1)により表される。
Specifically, in the
Vclamp=Vcc×R2/(R1+R2) …(1) V clamp = V cc × R2 / (R1 + R2) (1)
ここで、Vccは、電源165の電圧であり、R1は、抵抗161の抵抗値であり、R2は、抵抗162の抵抗値である。
Here, V cc is the voltage of the
また、変更装置160は、指示信号出力部142によりVmode enable端子がHighに設定され、トランジスタ164がオンに切り換えられることにより、電源165からトランジスタ164に電流を流し、Vclamp端子にかかる制限電圧を第2電圧に変更する。なお、第2電圧は数式(2)により表される。
Further, the
Vclamp=(R1×R2×Vce+R2×R3×Vcc)/(R1×R2+R2×R3+R1×R3) …(2) V clamp = (R1 × R2 × V ce + R2 × R3 × V cc ) / (R1 × R2 + R2 × R3 + R1 × R3) (2)
ここで、Vceは、トランジスタ164のコレクタエミッタ間の電位差であり、R3は、抵抗163の抵抗値である。なお、抵抗163の抵抗値(R3)は、抵抗162の抵抗値(R2)よりも値が小さくなるため、第1電圧(数式(1)のVclamp)が第2電圧(数式(2)のVclamp)よりも高くなる。
Here, V ce is a potential difference between the collector and emitter of the
図7は、第1実施形態において、励磁相がW−U相からW−V相に切り換わる前後でのホール信号及びトランジスタ20cに流れる電流の一例を示すタイミングチャート図である。図7に示す例では、破線81から破線82までの期間、即ち、トランジスタ20cに回生電流が流れる期間が、制限電圧を低くする一定期間を示している。
FIG. 7 is a timing chart illustrating an example of the Hall signal and the current flowing through the
図7に示すように、励磁相がW−U相からW−V相へ切り換えられると、Vclamp端子にかかる制限電圧が一定期間第1電圧から第2電圧に変更され、当該一定期間、トランジスタ20cに流れる駆動電流の電流制限値も低くなっている。このため、トランジスタ20cを流れる駆動電流(W−V)が従来のモータ制御装置1よりも緩やかに大きくなる。この結果、回生電流がトランジスタ20cを流れている期間であっても、トランジスタ20cを流れる合計電流(駆動電流(W−U)+駆動電流(W−V)+回生電流)が、制限電圧が第1電圧である場合の電流制限値以下、即ち、定格電流以下となり、過電流によるトランジスタ20cの破損を防止することができる。
As shown in FIG. 7, when the excitation phase is switched from the WU phase to the WV phase, the limiting voltage applied to the V clamp terminal is changed from the first voltage to the second voltage for a certain period, The current limit value of the drive current flowing through 20c is also low. For this reason, the drive current (W-V) flowing through the
図8は、第1実施形態のモータ制御装置101のモータ制御動作の手順の流れの一例を示すフローチャートである。
FIG. 8 is a flowchart illustrating an example of a procedure flow of a motor control operation of the
まず、指示信号出力部142は、主制御装置140のVmode enable端子をLowに設定する(ステップS100)。これにより、変更装置160は、電源165からトランジスタ164に電流を流さず、Vclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧とする。
First, the instruction
続いて、主制御装置140は、入力PWM信号をプリドライバ50に出力し、ブラシレスDCモータ10の駆動を開始させる(ステップS102)。
Subsequently,
続いて、タイミング検出部141により、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から、励磁相の切り換えタイミングが検出されると(ステップS104でYES)、指示信号出力部142は、主制御装置140のVmode enable端子をHighに設定する(ステップS106)。これにより、変更装置160は、電源165からトランジスタ164に電流を流し、Vclamp端子にかかる制限電圧を第2電圧とする。
Subsequently, when the
そして指示信号出力部142は、一定期間の経過を待機し(ステップS108でNO)、一定期間が経過すると(ステップS108でYES)、主制御装置140のVmode enable端子を再びLowに設定する(ステップS110)。これにより、変更装置160は、電源165からトランジスタ164に電流を流さず、Vclamp端子にかかる制限電圧を再び第1電圧とする。
The instruction
なお、タイミング検出部141により励磁相の切り換えタイミングが検出されなかった場合(ステップS104でNO)、ステップS106〜S110の処理は行われない。
If the
そして、主制御装置140により、ブラシレスDCモータ10が駆動されている間(ステップS112でNO)、即ち、入力PWM信号がプリドライバ50に出力されている間、ステップS104〜S110の処理が繰り返され、主制御装置140により、ブラシレスDCモータ10が駆動停止されると(ステップS112でYES)、即ち、入力PWM信号のプリドライバ50への出力が終了されると、処理を終了する。
Then, while the
以上のように第1実施形態のモータ制御装置では、ブラシレスDCモータの励磁相を切り換える際に制限電圧を低くすることにより、トランジスタに流れる駆動電流の電流制限値を下げる。従って第1実施形態のモータ制御装置によれば、ブラシレスDCモータの励磁相の切り換え時にトランジスタに駆動電流だけでなく回生電流が流れてもトランジスタに流れる合計電流(駆動電流+回生電流)を定格電流以下にすることができ、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる。 As described above, in the motor control device of the first embodiment, the current limiting value of the drive current flowing through the transistor is lowered by lowering the limiting voltage when switching the excitation phase of the brushless DC motor. Therefore, according to the motor control device of the first embodiment, when switching the excitation phase of the brushless DC motor, not only the drive current but also the regenerative current flows through the transistor, the total current (drive current + regenerative current) that flows through the transistor is the rated current. The transistor can be prevented from being damaged due to overcurrent.
(第2実施形態)
第2実施形態では、モータの励磁相を切り換える際に主制御装置が制限電圧を低くする例について説明する。
(Second Embodiment)
In the second embodiment, an example will be described in which the main control device lowers the limit voltage when switching the excitation phase of the motor.
図9は、第2実施形態のモータ制御装置201の一例を示す構成図である。図9に示すように、モータ制御装置201は、主制御装置240の構成及び変更装置を備えない点が、第1実施形態のモータ制御装置101と相違する。以下では、第1実施形態のモータ制御装置101との相違点の説明を主に行い、第1実施形態のモータ制御装置101と同様の機能を有する構成要素については、第1実施形態のモータ制御装置101と同様の名称・符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of the
主制御装置240(制御装置の一例)は、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から、励磁相の切り換えタイミングを検出し、検出後一定期間、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を低くする。
The main control device 240 (an example of the control device) detects the excitation phase switching timing from the rotational position of the
主制御装置240は、タイミング検出部141と、指示部242と、変更部243とを、備える。また、主制御装置240は、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子と接続され、当該Vclamp端子に制限電圧をかけるVD/A端子を有している。
The
指示部242は、タイミング検出部141により切り換えタイミングが検出された場合に、コンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を一定期間低くすることを後述の変更部243に指示する。例えば、指示部242は、通常時(励磁相の切り換えタイミングでない場合)には、制限電圧を第1電圧にすることを後述の変更部243に指示し、励磁相の切り換えタイミングである場合には、制限電圧を第1電圧から第2電圧へ一定期間変更することを後述の変更部243に指示する。
When the
変更部243は、指示部242からの制限電圧を一定期間低くする指示に従って、制限電圧を一定期間低くする。変更部243は、本実施形態ではD/Aコンバータにより実現されている。具体的には、変更部243は、指示部242からの制限電圧を第1電圧にする指示に従い、主制御装置240のVD/A端子からプリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第1電圧をかける。また変更部243は、指示部242からの制限電圧を一定期間第2電圧にする指示に従い、主制御装置240のVD/A端子からプリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に一定期間第2電圧をかける。
The changing
なお、第2実施形態において、励磁相がW−U相からW−V相に切り換わる前後でのホール信号及びトランジスタ20cに流れる電流のタイミングチャート図は、第1実施形態の図7と同様であるため、説明を省略する。
In the second embodiment, the timing chart of the Hall signal and the current flowing through the
図10は、第2実施形態のモータ制御装置201のモータ制御動作の手順の流れの一例を示すフローチャートである。
FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of a procedure flow of a motor control operation of the
まず、指示部242は、制限電圧を第1電圧にすることを変更部243に指示する。これにより、変更部243は、主制御装置240のVD/A端子から第1電圧を出力し、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第1電圧をかける(ステップS200)。
First, the
続いて、主制御装置240は、入力PWM信号をプリドライバ50に出力し、ブラシレスDCモータ10の駆動を開始させる(ステップS202)。
Subsequently,
続いて、タイミング検出部141により、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から、励磁相の切り換えタイミングが検出されると(ステップS204でYES)、指示部242は、制限電圧を第2電圧にすることを変更部243に指示する。これにより、変更部243は、主制御装置240のVD/A端子から第2電圧を出力し、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第2電圧をかける(ステップS206)。
Subsequently, when the
そして変更部243は、一定期間の経過を待機し(ステップS208でNO)、一定期間が経過すると(ステップS208でYES)、主制御装置240のVD/A端子から第1電圧を再び出力し、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第1電圧を再びかける(ステップS210)。
Then, the changing
なお、タイミング検出部141により、励磁相の切り換えタイミングが検出されなかった場合(ステップS204でNO)、ステップS206〜S210の処理は行われない。
When the
そして、主制御装置240により、ブラシレスDCモータ10が駆動されている間(ステップS212でNO)、即ち、入力PWM信号がプリドライバ50に出力されている間、ステップS204〜S210の処理が繰り返され、主制御装置240により、ブラシレスDCモータ10が駆動停止されると(ステップS212でYES)、即ち、入力PWM信号のプリドライバ50への出力が終了されると、処理を終了する。
Then, while the
以上のように第2実施形態のモータ制御装置でも、ブラシレスDCモータの励磁相を切り換える際に制限電圧を低くすることにより、トランジスタに流れる駆動電流の電流制限値を下げる。従って第2実施形態のモータ制御装置においても、モータの励磁相の切り換え時にトランジスタに駆動電流だけでなく回生電流が流れてもトランジスタに流れる合計電流(駆動電流+回生電流)を定格電流以下にすることができ、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる。 As described above, also in the motor control device of the second embodiment, the current limiting value of the drive current flowing through the transistor is lowered by lowering the limiting voltage when switching the excitation phase of the brushless DC motor. Therefore, also in the motor control device of the second embodiment, when the excitation phase of the motor is switched, the total current (drive current + regenerative current) flowing in the transistor is reduced below the rated current even when the regenerative current flows in the transistor as well as the drive current. And damage to the transistor due to overcurrent can be prevented.
(第3実施形態)
第3実施形態では、励磁相を切り換える際に主制御装置がモータの駆動速度に応じて制限電圧を変更する例について説明する。
(Third embodiment)
In the third embodiment, an example will be described in which the main control device changes the limit voltage according to the driving speed of the motor when switching the excitation phase.
図11は、第3実施形態のモータ制御装置301の一例を示す構成図である。図11に示すように、モータ制御装置301は、主制御装置340の構成及びエンコーダ360を更に備えている点が、第2実施形態のモータ制御装置201と相違する。以下では、第2実施形態のモータ制御装置201との相違点の説明を主に行い、第2実施形態のモータ制御装置201と同様の機能を有する構成要素については、第2実施形態のモータ制御装置201と同様の名称・符号を付し、その説明を省略する。
FIG. 11 is a configuration diagram illustrating an example of a
エンコーダ360は、ブラシレスDCモータ10の回転子12(図示省略)の回転数を検出し、主制御装置340に出力する。
The
主制御装置340は、タイミング検出部141と、指示部342と、変更部343と、回転速度検出部344とを、備える。
回転速度検出部344は、エンコーダ360から入力された回転子12の回転数を用いて、回転子12の回転速度を検出する。
The rotational speed detection unit 344 detects the rotational speed of the
指示部342は、タイミング検出部141により切り換えタイミングが検出された場合に、コンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を回転速度検出部344により検出された回転子12の回転速度に応じた電圧に一定期間変更することを後述の変更部343に指示する。
When the
例えば、指示部342は、通常時(励磁相の切り換えタイミングでない場合)には、制限電圧を第1電圧にすることを後述の変更部343に指示する。そして指示部342は、励磁相の切り換えタイミングである場合には、回転子12の回転速度がXrpm以下であれば、制限電圧を第1電圧から第2電圧へ一定期間変更することを後述の変更部343に指示し、回転子12の回転速度がXrpmを超えYrpm以下であれば、制限電圧を第1電圧から第3電圧へ一定期間変更することを後述の変更部343に指示し、回転子12の回転速度がYrpmを超えZrpm以下であれば、制限電圧を第1電圧から第4電圧へ一定期間変更することを後述の変更部343に指示する。ここで、回転子12の回転速度の速さは、X<Y<Zであり、制限電圧の高さは、第2電圧<第3電圧<第4電圧<第1電圧である。
For example, the
変更部343は、指示部342からの制限電圧を回転子12の回転速度に応じた電圧に変更する指示に従って、制限電圧を回転子12の回転速度に応じた電圧に一定期間変更する。具体的には、変更部343は、指示部342からの制限電圧を第1電圧にする指示に従い、主制御装置340のVD/A端子からプリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第1電圧をかける。また変更部343は、指示部342からの制限電圧を一定期間第2電圧にする指示に従い、主制御装置340のVD/A端子からプリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に一定期間第2電圧をかける。また変更部343は、指示部342からの制限電圧を一定期間第3電圧にする指示に従い、主制御装置340のVD/A端子からプリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に一定期間第3電圧をかける。また変更部343は、指示部342からの制限電圧を一定期間第4電圧にする指示に従い、主制御装置340のVD/A端子からプリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に一定期間第4電圧をかける。
The changing
なお、主制御装置340は、回転速度検出部344により検出された回転子12の回転速度に応じたDUTYで入力PWM信号をプリドライバ50に出力する。ここで、入力PWM信号のDUTYは、回転子12の回転速度が速くなるほど小さくなるものとする。
The
図12は、第3実施形態のモータ制御装置301のモータ制御動作の手順の流れの一例を示すフローチャートである。
FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of a procedure flow of a motor control operation of the
まず、ステップS300、S302の処理は、それぞれ図10のステップS200、S202の処理と同様であるため、説明を省略する。 First, the processes in steps S300 and S302 are the same as the processes in steps S200 and S202 in FIG.
ステップS302に続いて、指示部342は、タイミング検出部141により、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から、励磁相の切り換えタイミングが検出されると(ステップS304でYES)、回転速度検出部344により検出された回転子12の回転速度がXrpm以下であれば(ステップS306でYES)、制限電圧を第2電圧にすることを変更部343に指示する。これにより、変更部343は、主制御装置340のVD/A端子から第2電圧を出力し、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第2電圧をかける(ステップS308)。
Subsequent to step S302, the
指示部342は、回転速度検出部344により検出された回転子12の回転速度がXrpmを超えておりYrpm以下であれば(ステップS306でNO、ステップS310でYES)、制限電圧を第3電圧にすることを変更部343に指示する。これにより、変更部343は、主制御装置340のVD/A端子から第3電圧を出力し、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第3電圧をかける(ステップS312)。
If the rotation speed of the
指示部342は、回転速度検出部344により検出された回転子12の回転速度がYrpmを超えておりZrpm以下であれば(ステップS310でNO、ステップS314でYES)、制限電圧を第4電圧にすることを変更部343に指示する。これにより、変更部343は、主制御装置340のVD/A端子から第4電圧を出力し、プリドライバ50のコンパレータ51のVclamp端子に第4電圧をかける(ステップS316)。
If the rotation speed of the
以降のステップS318、S320の処理は、それぞれ図10のステップS208、S210の処理と同様であるため、説明を省略する。 The subsequent processes in steps S318 and S320 are the same as the processes in steps S208 and S210 in FIG.
なお、回転子12の回転速度がZrpmを超えている場合(ステップS314でNO)、ステップS316〜S320の処理は行われない。また、タイミング検出部141により励磁相の切り換えタイミングが検出されなかった場合(ステップS304でNO)、ステップS306〜S320の処理は行われない。
If the rotation speed of the
そして、主制御装置340により、ブラシレスDCモータ10が駆動されている間(ステップS322でNO)、即ち、入力PWM信号がプリドライバ50に出力されている間、ステップS304〜S320の処理が繰り返され、主制御装置340により、ブラシレスDCモータ10が駆動停止されると(ステップS322でYES)、即ち、入力PWM信号のプリドライバ50への出力が終了されると、処理を終了する。
Then, while the
以上のように第3実施形態のモータ制御装置では、ブラシレスDCモータの励磁相を切り換える際に制限電圧をブラシレスDCモータの回転子の回転速度に応じた電圧に変更することにより、トランジスタに流れる駆動電流の電流制限値を最適な値に下げる。具体的には、回転子12の回転速度が速くなるほど入力PWM信号のDUTYは小さくなり、駆動電流は小さくなるため、回転子12の回転速度が速くなるほど制限電圧を低くする割合が小さくなる。従って第3実施形態のモータ制御装置によれば、回転子の加速度の低下や回転ムラの悪化を最小限に抑え、ブラシレスDCモータを精度よく駆動させつつ、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる。
As described above, in the motor control device according to the third embodiment, when the excitation phase of the brushless DC motor is switched, the limit voltage is changed to a voltage corresponding to the rotation speed of the brushless DC motor rotor, thereby driving the transistor to flow. Reduce the current limit value of the current to the optimum value. Specifically, as the rotational speed of the
また第3実施形態のモータ制御装置では、ブラシレスDCモータの励磁相を切り換える際に、回転子の回転速度が所定速度(本実施形態ではZrpm)以下である場合のみ、制限電圧を低くすることにより、トランジスタに流れる駆動電流を小さくし、回転子の回転速度が所定速度を超えている場合、制限電圧を低くせず、トランジスタに流れる駆動電流を小さくしない。 In the motor control device of the third embodiment, when the excitation phase of the brushless DC motor is switched, the limit voltage is reduced only when the rotational speed of the rotor is equal to or lower than a predetermined speed (in this embodiment, Zrpm). When the driving current flowing through the transistor is reduced and the rotation speed of the rotor exceeds a predetermined speed, the limiting voltage is not lowered and the driving current flowing through the transistor is not reduced.
これは、回転子の回転速度が所定速度を超えており、回転子の回転速度が十分に速い場合、回転子の回転開始時よりも入力PWM信号のDUTYが小さくなり、トランジスタに流れる駆動電流が電流制限値に対し十分に小さいため、励磁相の切り換え時にトランジスタに回生電流が流れてもトランジスタの破損のおそれがないためである。 This is because when the rotation speed of the rotor exceeds a predetermined speed and the rotation speed of the rotor is sufficiently high, the DUTY of the input PWM signal becomes smaller than that at the start of rotation of the rotor, and the drive current flowing through the transistor is reduced. This is because the current limit value is sufficiently small, so that there is no risk of damage to the transistor even if a regenerative current flows through the transistor when switching the excitation phase.
従って第3実施形態のモータ制御装置によれば、回転子の回転速度が所定速度以下の場合には過電流によるトランジスタの破損を防止することができ、回転子の回転速度が所定速度を超えている場合には、回転子の加速度及び回転ムラを良好にすることができ、ブラシレスDCモータを精度よく駆動させることができる。 Therefore, according to the motor control apparatus of the third embodiment, when the rotation speed of the rotor is equal to or lower than the predetermined speed, the transistor can be prevented from being damaged due to overcurrent, and the rotation speed of the rotor exceeds the predetermined speed. If it is, the acceleration and rotation unevenness of the rotor can be improved, and the brushless DC motor can be driven with high accuracy.
特に第3実施形態のモータ制御装置においても、ブラシレスDCモータの励磁相を切り換える際に制限電圧を低くする一定期間を回生電流が発生している期間(0.5msec)と合わせる。これにより、制限電圧を低くする一定期間を最小限に抑えられるため、回転子の加速度の低下や回転ムラの悪化を最小限に抑えつつ、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる。 In particular, also in the motor control device of the third embodiment, when switching the excitation phase of the brushless DC motor, a certain period in which the limit voltage is lowered is matched with the period during which the regenerative current is generated (0.5 msec). As a result, a certain period of time during which the limiting voltage is lowered can be minimized, so that it is possible to prevent the transistor from being damaged due to overcurrent while minimizing the decrease in the acceleration of the rotor and the deterioration of the rotation unevenness.
(第4実施形態)
第4実施形態では、モータの励磁相を切り換える際にプリドライバが制限電圧を低くする例について説明する。
(Fourth embodiment)
In the fourth embodiment, an example will be described in which the predriver lowers the limit voltage when switching the excitation phase of the motor.
図13は、第4実施形態のモータ制御装置401の一例を示す構成図である。図13に示すように、モータ制御装置401は、プリドライバ450の構成が、従来のモータ制御装置1と相違する。以下では、従来のモータ制御装置1との相違点の説明を主に行い、従来のモータ制御装置1と同様の機能を有する構成要素については、従来のモータ制御装置1と同様の名称・符号を付し、その説明を省略する。つまり、モータ制御装置401が備えるブラシレスDCモータ10(モータの一例)、トランジスタ20a〜20f(複数の切換手段の一例)、駆動電流検出抵抗30(電流検出手段の一例)、及び主制御装置40(制御装置の一例)については、従来のモータ制御装置1と同様の機能を有するため、その説明を省略する。なお、図13では、ブラシレスDCモータ10については、固定子巻線11a〜11c(複数の固定子の一例)及びホール素子13a〜13c(回転位置検出手段の一例)のみ示している。
FIG. 13 is a configuration diagram illustrating an example of a
プリドライバ450(モータ駆動装置の一例)は、コンパレータ51と、出力部52(電流制御手段の一例)と、変更期間検出部453と、変更装置460とを、備える。なお、コンパレータ51、及び出力部52については、従来のモータ制御装置1と同様の機能を有するため、その説明を省略する。
The pre-driver 450 (an example of a motor drive device) includes a
変更期間検出部453は、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から、励磁相の切り換えタイミングを検出し、検出後プリドライバ450のコンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を低くする変更期間を検出する。ここで、変更期間は、制限電圧を第1電圧から当該第1電圧よりも低い第2電圧に変更する一定期間である。つまり、変更期間検出部453は、励磁相の切り換えタイミング、即ち、回転子12の所定位置を検出している所定位置検出状態から所定位置を検出していない所定位置非検出状態への切り換わり、又は所定位置非検出状態から所定位置検出状態への切り換わりタイミングからの一定期間を変更期間として検出する。具体的には、変更期間検出部453には、ホール素子13a〜13cからそれぞれホール信号HALL_U〜HALL_W(位置検出信号の一例)が入力される。そして変更期間検出部453は、入力されたホール信号HALL_U〜HALL_Wそれぞれを2つの信号に分岐し、分岐した一方の信号を変更期間遅延するようになまらせて反転し、他方の信号との論理積を求めることで、変更期間を検出し、変更期間を検出していることを示す変更期間検出信号を変更装置460に出力する。
The change
図14は、第4実施形態の変更期間検出部453の一例を示す回路図である。図14に示すように、変更期間検出部453は、抵抗454、コンデンサ455、及びAND回路456を備える変更期間検出回路を有している。なお、変更期間検出部453は、入力されるホール信号毎に変更期間検出回路を有しているものとする。
FIG. 14 is a circuit diagram illustrating an example of the change
変更期間検出回路に入力されたホール信号は2つの信号に分岐される。そして、抵抗454及びコンデンサ455は、分岐した一方の信号を変更期間遅延するようになまらせる。なお、R×Cの値を大きくすれば変更期間(遅延)が長くでき、R×Cの値を小さくすれば変更期間(遅延)を短くできる。ここで、Rは、抵抗454の抵抗値であり、Cは、コンデンサ455の容量である。AND回路456は、なまらせられた信号が反転して入力されるとともに、分岐した他方の信号が入力され、入力された2つの信号の論理積を求める。そしてAND回路456は、求めた論理積が真となる場合に、変更期間検出信号を変更装置460に出力する。
The hall signal input to the change period detection circuit is branched into two signals. Then, the
変更装置460は、変更期間検出部453により検出された変更期間、制限電圧を低くする。具体的には、変更装置460は、変更期間検出部453から変更期間検出信号が入力されていない場合、コンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧とし、変更期間検出部453から変更期間検出信号が入力されている間、コンパレータ51のVclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧から第2電圧に変更する。変更装置460は、第1実施形態同様、分圧回路により実現されており、抵抗461〜463と、トランジスタ464とを、備える。
The
具体的には、変更装置460は、変更期間検出部453から変更期間検出信号が入力されず、トランジスタ464がオフに切り換えられている場合、電源465からトランジスタ464に電流を流さず、Vclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧とする。なお、第1電圧は、第1実施形態同様、数式(1)により表される。ここで、Vccは、電源465の電圧であり、R1は、抵抗461の抵抗値であり、R2は、抵抗462の抵抗値である。
Specifically, when the change period detection signal is not input from the change
また、変更装置460は、変更期間検出部453から変更期間検出信号が入力され、トランジスタ464がオンに切り換えられることにより、電源465からトランジスタ464に電流を流し、Vclamp端子にかかる制限電圧を第2電圧に変更する。なお、第2電圧は、第1実施形態同様、数式(2)により表される。ここで、Vceは、トランジスタ464のコレクタエミッタ間の電位差であり、R3は、抵抗463の抵抗値である。なお、抵抗463の抵抗値(R3)は、抵抗462の抵抗値(R2)よりも値が小さくなるため、第1電圧(数式(1)のVclamp)が第2電圧(数式(2)のVclamp)よりも高くなる。
Further, the
なお、第4実施形態において、励磁相がW−U相からW−V相に切り換わる前後でのホール信号及びトランジスタ20cに流れる電流のタイミングチャート図は、第1実施形態の図7と同様であるため、説明を省略する。
In the fourth embodiment, the timing chart of the Hall signal and the current flowing through the
図15は、第4実施形態のモータ制御装置401のモータ制御動作の手順の流れの一例を示すフローチャートである。
FIG. 15 is a flowchart illustrating an example of a procedure flow of a motor control operation of the
まず、主制御装置40は、入力PWM信号をプリドライバ450に出力し、ブラシレスDCモータ10を駆動開始させる(ステップS400)。なお、ブラシレスDCモータ10の駆動開始前においては、変更期間検出部453は、変更期間を検出しておらず、変更装置460へ変更期間検出信号を出力していない。このため、変更装置460は、電源465からトランジスタ464に電流を流さず、Vclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧としている。
First,
続いて、変更期間検出部453は、ホール素子13a〜13cにより検出された回転子12の回転位置から変更期間を検出すると(ステップS402でYES)、変更装置460への変更期間検出信号の出力を開始する(ステップS404)。これにより、変更装置460は、電源465からトランジスタ464に電流を流し、Vclamp端子にかかる制限電圧を第1電圧から第2電圧に変更する。
Subsequently, when the change
そして変更装置460は、変更期間検出信号の出力終了を待機し(ステップS406でNO)、変更期間検出信号の出力が終了すると(ステップS406でYES)、電源465からトランジスタ464に電流を流さず、Vclamp端子にかかる制限電圧を再び第1電圧とする。
The
なお、変更期間検出部453により変更期間が検出されなかった場合(ステップS402でNO)、ステップS404〜S406の処理は行われない。 If the change period is not detected by the change period detection unit 453 (NO in step S402), the processes in steps S404 to S406 are not performed.
そして、主制御装置40により、ブラシレスDCモータ10が駆動されている間(ステップS408でNO)、即ち、入力PWM信号がプリドライバ450に出力されている間、ステップS402〜S406の処理が繰り返され、主制御装置40により、ブラシレスDCモータ10が駆動停止されると(ステップS408でYES)、即ち、入力PWM信号のプリドライバ450への出力が終了されると、処理を終了する。
Then, while the
以上のように第4実施形態のモータ制御装置でも、ブラシレスDCモータの励磁相を切り換える際に制限電圧を低くすることにより、トランジスタに流れる駆動電流の電流制限値を下げる。従って第4実施形態のモータ制御装置においても、モータの励磁相の切り換え時にトランジスタに駆動電流だけでなく回生電流が流れてもトランジスタに流れる合計電流(駆動電流+回生電流)を定格電流以下にすることができ、過電流によるトランジスタの破損を防止することができる。 As described above, also in the motor control device of the fourth embodiment, the current limiting value of the drive current flowing in the transistor is lowered by lowering the limiting voltage when switching the excitation phase of the brushless DC motor. Therefore, also in the motor control device of the fourth embodiment, when the excitation phase of the motor is switched, the total current (drive current + regenerative current) flowing in the transistor is reduced to the rated current or less even when the regenerative current flows in the transistor as well as the drive current. And damage to the transistor due to overcurrent can be prevented.
(第5実施形態)
第5実施形態では、第1実施形態〜第4実施形態で説明したモータ制御装置が適用される画像形成装置について説明する。
(Fifth embodiment)
In the fifth embodiment, an image forming apparatus to which the motor control device described in the first to fourth embodiments is applied will be described.
図16は、第5実施形態の画像形成装置501の一例を示す構成図である。図16に示すように、画像形成装置501は、スキャナユニット510と、給紙ユニット520と、画像形成ユニット530と、排紙ユニット540とを、備える。
FIG. 16 is a configuration diagram illustrating an example of an
スキャナユニット510は、原稿などから画像データを読み取る。
The
給紙ユニット520は、複数の転写紙が重ね合わせて収容される給紙トレイ521と、給紙トレイ521の最上部に位置する転写紙Pを給紙する給紙ローラ522と、給紙ローラ522により給紙された転写紙Pを画像形成ユニット530へ搬送する搬送ローラ523とを、備える。
The
画像形成ユニット530は、中間転写ベルト531と、中間転写ベルト531を無端移動させる中間転写ローラ532と、作像プロセス(帯電工程、露光工程、現像工程、転写工程、クリーニング工程、及び除電工程)を行うことにより、スキャナユニット510により読み取られた画像データに基づくトナー画像を形成し、形成したトナー画像を中間転写ベルト531に転写する感光体ユニット533K、533M、533C、533Yと、搬送ローラ523から搬送された転写紙Pを中間転写ベルト531に送るレジストローラ534と、中間転写ベルト531に転写されたトナー画像を転写紙Pに転写する2次転写ローラ535及び斥力ローラ536と、転写紙Pに転写された画像を定着させる定着ユニット537と、を備える。
The
排紙ユニット540には、画像が定着された転写紙Pが排紙される。
The transfer sheet P on which the image is fixed is discharged to the
そして、第1実施形態〜第4実施形態で説明したモータ制御装置は、給紙ローラ522、搬送ローラ523、中間転写ローラ532、感光体ユニット533K、533M、533C、533Yのローラ、レジストローラ534、2次転写ローラ535、定着ユニット537のローラ、及び排紙ユニット540のローラなどを駆動する駆動源として用いられる。
The motor control device described in the first to fourth embodiments includes a
なお、第1実施形態〜第3実施形態で説明したモータ制御装置の主制御装置で実行される電圧制御プログラムは、ROM等に予め組み込まれて提供される。 The voltage control program executed by the main control device of the motor control device described in the first to third embodiments is provided by being incorporated in advance in a ROM or the like.
第1実施形態〜第3実施形態で説明したモータ制御装置の主制御装置で実行される電圧制御プログラムは、インストール可能な形式又は実行可能な形式のファイルでCD−ROM、フレキシブルディスク(FD)、CD−R、DVD等のコンピュータで読み取り可能な記憶媒体に記録して提供するように構成してもよい。 The voltage control program executed by the main control device of the motor control device described in the first to third embodiments is an installable format or executable file, such as a CD-ROM, a flexible disk (FD), You may comprise so that it may record and provide on computer-readable storage media, such as CD-R and DVD.
さらに、第1実施形態〜第3実施形態で説明したモータ制御装置の主制御装置で実行される電圧制御プログラムを、インターネット等のネットワークに接続されたコンピュータ上に格納し、ネットワーク経由でダウンロードさせることにより提供するように構成しても良い。また、第1実施形態〜第3実施形態で説明したモータ制御装置の主制御装置で実行される電圧制御プログラムをインターネット等のネットワーク経由で提供または配布するように構成しても良い。 Furthermore, the voltage control program executed by the main controller of the motor controller described in the first to third embodiments is stored on a computer connected to a network such as the Internet, and downloaded via the network. You may comprise so that it may provide. The voltage control program executed by the main controller of the motor controller described in the first to third embodiments may be provided or distributed via a network such as the Internet.
第1実施形態〜第3実施形態で説明したモータ制御装置の主制御装置で実行される電圧制御プログラムは、上述した主制御装置の各部をコンピュータ上で実現させるためのモジュール構成となっている。実際のハードウェアとしてはCPUがROMから電圧制御プログラムをRAM上に読み出して実行することにより、上記各部がコンピュータ上で実現されるようになっている。 The voltage control program executed by the main control device of the motor control device described in the first to third embodiments has a module configuration for realizing each part of the above-described main control device on a computer. As actual hardware, the CPU reads out the voltage control program from the ROM into the RAM and executes it, so that the above-described units are realized on the computer.
(変形例)
なお、本発明は、上記各実施形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、上記各実施形態では、バイポーラトランジスタを例に取り、トランジスタについて説明したが、トランジスタはこれに限定されるものではなく、電界効果トランジスタ(FET:Field Effect Transistor)などであってもよい。
(Modification)
In addition, this invention is not limited to said each embodiment, A various deformation | transformation is possible. For example, in each of the above embodiments, a bipolar transistor has been described as an example, but the transistor has been described. However, the transistor is not limited thereto, and may be a field effect transistor (FET) or the like.
1、101、201、301、401 モータ制御装置
10 ブラシレスDCモータ
11a〜11c 固定子巻線
12 回転子
13a〜13c ホール素子
20a〜20f トランジスタ
30 駆動電流検出抵抗
40、140、240、340 主制御装置
50、450 プリドライバ
51 コンパレータ
52 出力部
141 タイミング検出部
142 指示信号出力部
160、460 変更装置
161〜163、461〜463 抵抗
164、464 トランジスタ
242、342 指示部
243、343 変更部
344 回転速度検出部
360 エンコーダ
453 変更期間検出部
454 抵抗
455 コンデンサ
456 AND回路
501 画像形成装置
510 スキャナユニット
520 給紙ユニット
521 給紙トレイ
522 給紙ローラ
523 搬送ローラ
530 画像形成ユニット
531 中間転写ベルト
532 中間転写ローラ
533K、533M、533C、533Y 感光体ユニット
534 レジストローラ
535 2次転写ローラ
536 斥力ローラ
537 定着ユニット
540 排紙ユニット
DESCRIPTION OF
Claims (15)
電流を流すか否かが切り換えられることにより励磁する固定子を切り替える複数の切換手段と、
電源から切換手段に流れている電流を検出する電流検出手段と、
前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁する固定子の切り換えタイミングを検出して電流を流す切換手段を切り換えるとともに、前記電流検出手段により検出された前記電流に応じた検出電圧が制限電圧以上となった場合に、切換手段に流れる電流を小さくするモータ駆動手段と、を備えるモータ制御装置の制御装置であって、
前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁される固定子の切り替えタイミングを検出し、検出後一定期間、前記制限電圧を低くすることを特徴とする制御装置。 A motor having a plurality of stators, a rotor that rotates when a stator to be excited among the plurality of stators is switched, and a rotational position detecting unit that detects a rotational position of the rotor;
A plurality of switching means for switching the stator to be excited by switching whether or not to flow current;
Current detection means for detecting current flowing from the power source to the switching means;
Detecting the switching timing of the stator to be excited from the rotational position detected by the rotational position detecting means and switching the switching means for passing a current, and the detection voltage corresponding to the current detected by the current detecting means is limited. A motor drive device comprising a motor drive means for reducing the current flowing through the switching means when the voltage is higher than the voltage,
A control device, comprising: detecting a switching timing of a stator excited from the rotational position detected by the rotational position detecting means, and lowering the limit voltage for a certain period after the detection.
前記切り換えタイミングが検出された場合に、前記制限電圧を第1電圧よりも低い第2電圧に変更することを指示する指示信号を前記一定期間出力する指示信号出力手段と、
前記指示信号が入力されている間、前記制限電圧を前記第1電圧から前記第2電圧に変更する変更手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 Timing detection means for detecting the switching timing of the stator excited from the rotational position detected by the rotational position detection means;
An instruction signal output means for outputting an instruction signal for instructing to change the limit voltage to a second voltage lower than the first voltage when the switching timing is detected;
The control device according to claim 1, further comprising a changing unit that changes the limit voltage from the first voltage to the second voltage while the instruction signal is input.
前記タイミング検出手段は、入力された前記位置検出信号を用いて、前記回転子の前記所定位置を検出している所定位置検出状態から前記所定位置を検出していない所定位置非検出状態への切り換わり、又は前記所定位置非検出状態から前記所定位置検出状態への切り換わりを検出し、
前記指示信号出力手段は、前記所定位置検出状態から前記所定位置非検出状態への切り換わり、又は前記所定位置非検出状態から前記所定位置検出状態への切り換わりが検出された場合に、前記指示信号を前記一定期間出力することを特徴とする請求項2又は3に記載の制御装置。 The rotational position detecting means outputs a position detection signal indicating whether or not a predetermined position of the rotor is detected;
The timing detection means switches from a predetermined position detection state in which the predetermined position of the rotor is detected to a predetermined position non-detection state in which the predetermined position is not detected by using the input position detection signal. Detecting a change from the predetermined position non-detection state to the predetermined position detection state,
The instruction signal output means is configured to detect the instruction when switching from the predetermined position detection state to the predetermined position non-detection state or switching from the predetermined position non-detection state to the predetermined position detection state is detected. 4. The control device according to claim 2, wherein a signal is output for the predetermined period.
前記切り換えタイミングが検出された場合に、前記制限電圧を前記一定期間低くすることを指示する指示手段と、
前記指示に従って前記制限電圧を前記一定期間低くする変更手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載の制御装置。 Timing detection means for detecting the switching timing of the stator excited from the rotational position detected by the rotational position detection means;
Instructing means for instructing to lower the limit voltage for the predetermined period when the switching timing is detected;
The control device according to claim 1, further comprising: a changing unit that lowers the limit voltage for the predetermined period in accordance with the instruction.
前記指示手段は、前記制限電圧を前記回転速度検出手段により検出された前記回転速度に応じた電圧に変更することを更に指示し、
前記変更手段は、前記制限電圧を指示された前記電圧に変更することを特徴とする請求項5に記載の制御装置。 A rotation speed detecting means for detecting the rotation speed of the rotor;
The instruction means further instructs to change the limit voltage to a voltage corresponding to the rotation speed detected by the rotation speed detection means,
The control device according to claim 5, wherein the changing unit changes the limit voltage to the instructed voltage.
前記タイミング検出手段は、入力された前記位置検出信号を用いて、前記回転子の前記所定位置を検出している所定位置検出状態から前記所定位置を検出していない所定位置非検出状態への切り換わり、又は前記所定位置非検出状態から前記所定位置検出状態への切り換わりを検出し、
前記指示手段は、前記所定位置検出状態から前記所定位置非検出状態への切り換わり、又は前記所定位置非検出状態から前記所定位置検出状態への切り換わりが検出された場合に、前記制限電圧を前記一定期間低くすることを指示することを特徴とする請求項5〜7のいずれか1つに記載の制御装置。 The rotational position detecting means outputs a position detection signal indicating whether or not a predetermined position of the rotor is detected;
The timing detection means switches from a predetermined position detection state in which the predetermined position of the rotor is detected to a predetermined position non-detection state in which the predetermined position is not detected by using the input position detection signal. Detecting a change from the predetermined position non-detection state to the predetermined position detection state,
The instructing means sets the limit voltage when the switching from the predetermined position detection state to the predetermined position non-detection state or the switching from the predetermined position non-detection state to the predetermined position detection state is detected. The control device according to any one of claims 5 to 7, wherein the controller instructs the lowering for a certain period.
前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁される固定子の切り替えタイミングを検出して、前記切り替えタイミングから前記制限電圧を低くする変更期間を検出する変更期間検出手段と、
前記変更期間、前記制限電圧を低くする変更手段と、
を備えることを特徴とするモータ駆動装置。 Switching means for supplying a current among a plurality of switching means for switching a stator to be excited among a plurality of stators included in the motor by switching whether or not a current is supplied. Is switched by detecting the switching timing of the stator to be excited from the rotational position of the rotor detected by the rotational position detecting means of the motor, and is a current flowing from the power source to the switching means, the current detecting means Current control means for reducing the current flowing through the switching means when the detection voltage corresponding to the current detected by the above becomes a limit voltage or more;
A change period detection means for detecting a change period for lowering the limit voltage from the switching timing by detecting a change timing of the stator excited from the rotation position detected by the rotation position detection means;
Change means for lowering the limit voltage during the change period;
A motor drive device comprising:
前記変更期間検出手段は、前記位置検出信号を2つの信号に分岐し、分岐した一方の信号を前記変更期間遅延するようになまらせて反転し、他方の信号との論理積を求めることで、前記変更期間を検出することを特徴とする請求項9に記載のモータ駆動装置。 The rotational position detecting means outputs a position detection signal indicating whether or not a predetermined position of the rotor is detected;
The change period detecting means branches the position detection signal into two signals, and inverts and inverts one of the branched signals so as to delay the change period, and obtains a logical product with the other signal. The motor drive device according to claim 9, wherein the change period is detected.
前記変更手段は、前記変更期間、前記制限電圧を前記第1電圧から前記第2電圧に変更することを特徴とする請求項9又は10に記載のモータ駆動装置。 The change period is a period for changing the limit voltage to a second voltage lower than the first voltage,
The motor driving apparatus according to claim 9 or 10, wherein the changing unit changes the limit voltage from the first voltage to the second voltage during the change period.
前記変更手段は、トランジスタを有する分圧回路であり、前記変更期間検出信号が入力されている間、前記トランジスタに電流を流すことにより前記制限電圧を前記第1電圧から前記第2電圧に変更することを特徴とする請求項11に記載のモータ駆動装置。 The change period detection means outputs a change period detection signal indicating that the change period is detected,
The changing means is a voltage dividing circuit having a transistor, and changes the limit voltage from the first voltage to the second voltage by causing a current to flow through the transistor while the change period detection signal is input. The motor driving apparatus according to claim 11.
電流を流すか否かが切り換えられることにより励磁する固定子を切り替える複数の切換手段と、
電源から切換手段に流れている電流を検出する電流検出手段と、
前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁する固定子の切り換えタイミングを検出して電流を流す切換手段を切り換えるとともに、前記電流検出手段により検出された前記電流に応じた検出電圧が制限電圧以上となった場合に、切換手段に流れる電流を小さくするモータ駆動手段と、を備えるモータ制御装置の制御装置のコンピュータに、
前記回転位置検出手段により検出された前記回転位置から励磁される固定子の切り替えタイミングを検出するタイミング検出ステップと、
前記切り替えタイミングの検出後一定期間、前記制限電圧を低くする電圧制御ステップと、
を実行させるための電圧制御プログラム。 A motor having a plurality of stators, a rotor that rotates when a stator to be excited among the plurality of stators is switched, and a rotational position detecting unit that detects a rotational position of the rotor;
A plurality of switching means for switching the stator to be excited by switching whether or not to flow current;
Current detection means for detecting current flowing from the power source to the switching means;
Detecting the switching timing of the stator to be excited from the rotational position detected by the rotational position detecting means and switching the switching means for passing a current, and the detection voltage corresponding to the current detected by the current detecting means is limited. A motor drive unit that reduces the current flowing through the switching unit when the voltage becomes equal to or higher than the voltage;
A timing detection step of detecting a switching timing of a stator excited from the rotational position detected by the rotational position detection means;
A voltage control step of lowering the limit voltage for a certain period after detection of the switching timing;
A voltage control program for executing
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