(57)【要約】【課題】ＡＣ瞬断時において、電源電圧の低下を緩和しつつ、可能な限り通常のモータ動作を持続させる。【解決手段】電源から供給される電流に基づいて駆動されるＤＣモータを備えた電子機器であって、電源の瞬断を検出する検出回路と、電源に対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する上アーム回路、及びグランドに対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する下アーム回路を直列に接続して有し、ＤＣモータに供給される電流を制御するＨブリッジ回路と、スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路とを備え、検出回路により電源の瞬断が検出された場合に、スイッチング制御回路は、上アーム回路のスイッチング素子をオフに、かつ、下アーム回路のスイッチング素子をオンに設定する。【選択図】図３
2019193506.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電源から供給される電流に基づいて駆動されるＤＣモータを備えた電子機器であって、
前記電源の瞬断を検出する検出回路と、
前記電源に対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する上アーム回路、及びグランドに対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する下アーム回路を直列に接続して有し、前記ＤＣモータに供給される電流を制御するＨブリッジ回路と、
前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路と
を備え、
前記検出回路により前記電源の瞬断が検出された場合に、前記スイッチング制御回路は、前記上アーム回路のスイッチング素子をオフに、かつ、前記下アーム回路のスイッチング素子をオンに設定することを特徴とする電子機器。
【請求項２】
前記スイッチング制御回路は、前記検出回路により前記電源の瞬断が検出されている期間、前記上アーム回路のスイッチング素子をオフに、かつ、前記下アーム回路のスイッチング素子をオンに固定することを特徴とする請求項１に記載の電子機器。
【請求項３】
前記電子機器を制御する制御手段を備え、
前記検出回路により前記電源の瞬断が検出されない場合に、前記スイッチング制御回路は、前記制御手段からの制御信号に基づいて、前記スイッチング素子をオン又はオフに切り替えることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子機器。
【請求項４】
前記制御手段は、前記検出回路により前記電源の瞬断が検出されていない期間、前記Ｈブリッジ回路をＰＷＭ制御することを特徴とする請求項３に記載の電子機器。
【請求項５】
前記検出回路は、前記ＤＣモータの駆動中に、前記電源の電圧が所定の電圧未満になると、前記電源の瞬断を検出することを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項６】
前記スイッチング素子は、ダイオードが並列に接続されたトランジスタを有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項７】
前記電子機器は、記録ヘッドを駆動して画像を記録する記録装置であることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載の電子機器。
【請求項８】
電子機器の制御方法であって、
前記電子機器は、
電源から供給される電流に基づいて駆動されるＤＣモータと、
前記電源に対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する上アーム回路、及びグランドに対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する下アーム回路を直列に接続して有し、前記ＤＣモータに供給される電流を制御するＨブリッジ回路と、
前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路と
を備え、
前記電源の瞬断を検出する検出ステップと、
前記検出ステップにおいて前記電源の瞬断が検出された場合に、前記スイッチング制御回路により、前記上アーム回路のスイッチング素子をオフに、かつ、前記下アーム回路のスイッチング素子をオンに設定する設定ステップと
を含むことを特徴とする電子機器の制御方法。
【請求項９】
コンピュータに、請求項８に記載の制御方法の各ステップを実行させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子機器、電子機器の制御方法、及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ＡＣ（Alternating Current）を電源としたＤＣ（Direct Current）モータを搭載している電子機器がある。但し、このような電子機器では、ＡＣ瞬断により電源電圧が低下すると、モータ駆動電圧の低下によるトルクの低下を補填するようにサーボ制御を動作させるため、電源電圧がさらに低下することになり、結果、電子機器がシャットダウンしてしまうことがあった。
【０００３】
そこで、例えば、特許文献１には、ＡＣ瞬断の発生を検出すると、電子機器（ロボット）を動作させるモータの停止を回避するために、モータを制御するための位置指令を変動させるモータ制御装置が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−３９８４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、この特許文献１の技術では、ＡＣ瞬断を検出すると、モータを制御するための位置指令を変動させることでモータの回転速度を低下させていることから、通常のモータ動作を持続することができない。
【０００６】
そこで、本発明は、ＡＣ瞬断時において、電源電圧の低下を緩和しつつ、可能な限り通常のモータ動作を持続させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、電源から供給される電流に基づいて駆動されるＤＣモータを備えた電子機器であって、前記電源の瞬断を検出する検出回路と、前記電源に対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する上アーム回路、及びグランドに対して並列に接続される２つのスイッチング素子を有する下アーム回路を直列に接続して有し、前記ＤＣモータに供給される電流を制御するＨブリッジ回路と、前記スイッチング素子を制御するスイッチング制御回路とを備え、前記検出回路により前記電源の瞬断が検出された場合に、前記スイッチング制御回路は、前記上アーム回路のスイッチング素子をオフに、かつ、前記下アーム回路のスイッチング素子をオンに設定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
ＡＣ瞬断時において、電源電圧の低下を緩和しつつ、可能な限り通常のモータ動作を持続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】電子機器のハードウェア構成図である。
【図２】モータの制御方法について説明するための図である。
【図３】ＡＣ瞬断発生時における電子機器の動作について説明するための図である。
【図４】電圧低下検出回路を実装しない場合の動作について説明するための図である。
【図５】Ｈブリッジ回路における全てのスイッチをオフした場合の動作について説明するための図である。
【図６】インクジェットプリンタの全体構成を示す図である。
【図７】インクジェットプリンタのハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る電子機器について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明を限定するものではなく、また、本実施形態で説明されている特徴の組み合わせの全てが本発明の解決手段に必須のものとは限らない。
【００１１】
図１は、本発明の実施形態に係る電子機器のハードウェア構成図である。電子機器は、主に、モータ制御回路１６と、モータ制御回路１６用のＤＣ電源ＶＭ（ここでは、その一例として、３２Ｖとする）を生成するＡＣアダプタ１４を備える。
【００１２】
モータ制御回路１６は、電圧低下検出回路１０と、ロジック回路１１と、Ｈブリッジ回路１２と、ＣＰＵ１３と、ＲＯＭ１５を備える。電圧低下検出回路１０は、少なくともＤＣモータ１２５の駆動中において、ＤＣ電源ＶＭの電圧が所定の電圧未満になると（例えば、２５Ｖを下回ると）、これをＡＣ電源の瞬断（遮断）として検出し、ＳＴＯＰ信号Ｓ１をアサートする。
【００１３】
ＣＰＵ１３は、ＲＯＭ１５に書き込まれたファームウエアに基づいて、Ｅｎａｂｌｅ信号Ｓ２及びＰｈａｓｅ信号Ｓ３をロジック回路１１に送出し、ＤＣモータ１２５の駆動を制御する。
【００１４】
ロジック回路１１は、スイッチング制御回路であり、電圧低下検出回路１０及びＣＰＵ１３から送出される信号に基づいて、Ｈブリッジ回路１２の４つのスイッチング素子（以降、スイッチと称する）１２１〜１２４のオン又はオフを制御する。
【００１５】
Ｈブリッジ回路１２は、ＤＣ電源ＶＭに対して並列に接続されるスイッチ１２１、１２４を有する上アーム回路と、グランドに対して並列に接続されるスイッチ１２２、１２３を有する下アーム回路を直列に接続することで主に構成される。また、各々のスイッチ１２１−１２４は、ダイオードが並列に接続されたトランジスタを有する。
【００１６】
ＤＣモータ１２５は、ＤＣ電源ＶＭから供給される電流に基づいて駆動される。ここで、図２を用いて、ＤＣモータ１２５の制御方法について、説明を補足する。
【００１７】
先ず、時刻Ｔ０〜Ｔ１において、Ｅｎａｂｌｅ信号Ｓ２はＬｏｗであることから、スイッチ１２１〜１２４は全てオフとなり、ＤＣモータ１２５に電流は流れない。即ち、ＤＣモータ１２５に流れる電流Ｉ１は、ゼロである。また、この時刻Ｔ０〜Ｔ１のＨブリッジ回路１２における各スイッチのオン又はオフの状態を、図２（ｂ−１）に示す。なお、図２（ｂ−１）において、「○」はスイッチがオンの状態を、「×」はスイッチがオフの状態を示している。また、この点、図２（ｂ−２）〜図２（ｂ−４）においても同様である。
【００１８】
次に、Ｔ１〜Ｔ２において、Ｅｎａｂｌｅ信号Ｓ２はＨｉｇｈ、Ｐｈａｓｅ信号Ｓ３はＬｏｗであることから、ロジック回路１１は、スイッチ１２１、１２３をオフの状態に維持し、スイッチ１２２、１２４をオンの状態に切り替えるように制御する。この時刻Ｔ１〜Ｔ２のとき、図２（ｂ−２）に示されるように、破線の示す経路及び破線の矢印の向きにモータ電流Ｉ１が流れる。
【００１９】
そして、時刻Ｔ２〜Ｔ３において、Ｅｎａｂｌｅ信号Ｓ２がＨｉｇｈに維持された状態で、Ｐｈａｓｅ信号Ｓ３がＬｏｗからＨｉｇｈに切り替えられるため、Ｈブリッジ回路１２の全てのスイッチに関して、オン又はオフの状態が反転する。この時刻Ｔ２〜Ｔ３のとき、モータ電流Ｉ１は、図２（ａ）及び図２（ｂ−３）に示されるように、減少しつつも、ＧＮＤからＤＣモータ１２５を経由して電源に流れる。なお、ここで、モータ電流Ｉ１が減少するのは、ＤＣ電源ＶＭの供給が寄与しなくなり、インダクタに蓄積されたエネルギーによってのみ、モータ電流が流れる（生成される）ためである。
【００２０】
さらに、時刻Ｔ３〜Ｔ４において、Ｅｎａｂｌｅ信号Ｓ２がＨｉｇｈに維持された状態で、Ｐｈａｓｅ信号Ｓ３が再びＨｉｇｈからＬｏｗに切り替えられる。そのため、Ｈブリッジ回路１２の全てのスイッチに関して、図２（ｂ−４）に示されるように、時刻Ｔ１〜Ｔ２と同様の状態になり、図２（ａ）に示されるように、モータ電流Ｉ１は、ＤＣ電源ＶＭの供給に関連して再び上昇する。以上のように、ＣＰＵ１３は、ロジック回路１１にＥｎａｂｌｅ信号Ｓ２及びＰｈａｓｅ信号Ｓ３を送出することで、Ｈブリッジ回路１２のスイッチ１２１−１２４を制御し、ＤＣモータ１２５に流れる電流の向きと量を調整する。
【００２１】
次に、図３を用いて、ＡＣ瞬断発生時における電子機器の動作について説明する。先ず、時刻Ｔ０〜Ｔ１において、ＡＣアダプタ１４にはＡＣ電源が正常に供給されており、ＡＣアダプタ１４は、ＤＣ電源ＶＭとして、３２Ｖの定常電圧を出力する。そのため、電圧低下検出回路１０から出力されるＳＴＯＰ信号Ｓ１は、Ｌｏｗに制御される。即ち、ネゲートされる。
【００２２】
また、時刻Ｔ０〜Ｔ１において、ＣＰＵ１３は、Ｅｎａｂｌｅ信号Ｓ２をＨｉｇｈ、Ｐｈａｓｅ信号Ｓ３をＰＷＭ（パルス幅変調）制御することで、ＤＣモータ１２５に一定の電流が流れるようにする。なお、図３（ｂ）では、Ｈブリッジ回路１２のスイッチ状態として、図２（ｂ）と同様に、「○」はスイッチがオンの状態を、「×」はスイッチがオフの状態を示しており、また、破線により、ＤＣモータ１２５に流れる電流の経路及び向きを示している。
【００２３】
次に、時刻Ｔ１〜Ｔ２において、ＡＣ電源が停止すると、図３に示されるように、ＤＣ電源ＶＭの電圧は、急激に低下し始める。そして、ＤＣ電源ＶＭの電圧が２５Ｖを下回ると、電圧低下検出回路１０は、これを検出してＳｔｏｐ信号Ｓ１をＨｉｇｈにする。即ち、Ｓｔｏｐ信号Ｓ１をアサートする。これにより、ロジック回路１１は、Ｐｈａｓｅ信号Ｓ３のレベルによらず、図３（ｂ−２）に示されるように、Ｈブリッジ回路１２の上側スイッチ１２１と１２４をオフ、下側スイッチ１２２と１２３をオンに制御（設定）する。
【００２４】
この結果、ＡＣアダプタ１４とＨブリッジ回路１２が分離され、ＤＣ電源ＶＭの消費電流が大幅に減少し、ＤＣ電源ＶＭの電圧の低下スピードが緩やかになる一方で、モータ電流Ｉ１は下側スイッチ１２３、１２２を経由して低損失で効率的に回生される。これにより、モータのインダクタに残存しているエネルギーを用いて、可能な限りモータを回転させることができる。なお、ロジック回路１１は、Ｔ１−１〜Ｔ２の期間において、Ｈブリッジ回路１２の上側スイッチ１２１と１２４はオフ、下側スイッチ１２２と１２３はオンになるように制御（固定）する。
【００２５】
そして、時刻Ｔ２以降において、ＡＣ電源が瞬断された状態から通常状態に復帰すると、ＤＣ電源ＶＭの電圧は、急速に３２Ｖに回復する。そのため、電圧低下検出回路１０は、Ｓｔｏｐ信号Ｓ１をＬｏｗに制御する。即ち、ネゲートする。これにより、ロジック回路１１は、時刻Ｔ０〜Ｔ１と同様に、Ｐｈａｓｅ信号Ｓ３のレベルに基づいてＨブリッジ回路１２をＰＷＭ制御する。
【００２６】
以上、本実施形態に係る電子機器について説明したが、以下では、本発明の効果を説明するために、電子機器に本発明の構成を実装しない（機能を適用しない）場合の動作を２つに分けて示す。
【００２７】
第一に、電圧低下検出回路１０を実装しない場合を図４に示す。この場合、先ず、時刻Ｔ０〜Ｔ１までは、上述の図３と同じ状態である。次に、時刻Ｔ１〜Ｔ２において、ＡＣ電源が瞬断されると、ＤＣ電源ＶＭの電圧は急激に低下する。このとき、ＣＰＵ１３は、例えば、エンコーダ等のモータ動作をフィードバックする手段（不図示）によってＤＣモータ１２５におけるトルクの低下を検知し、さらに、トルク不足を補うために、ＰＷＭ幅を広げてモータ電流を増やそうとする。そのため、図４の時刻Ｔ１−１に示されるように、ＤＣ電源ＶＭの電圧がさらに低下し６Ｖを下回ると、電子機器は電圧不足によりシャットダウンすることになる。
【００２８】
第二に、Ｓｔｏｐ信号Ｓ１がＨｉｇｈに制御されたとき（アサートされたとき）、Ｈブリッジ回路１２における全てのスイッチ１２１〜１２４をオフする場合を図５に示す。この場合、先ず、時刻Ｔ０〜Ｔ１及び時刻Ｔ１〜ＳＴＯＰ信号Ｓ１がＨｉｇｈに制御されるまでは、上述の図３と同じ状態となる。次に、ロジック回路１１は、図５（ｂ−２）に示されるように、Ｐｈａｓｅ信号Ｓ３のレベルによらず、Ｈブリッジ回路１２における全てのスイッチ１２１〜１２４をオフにする。
【００２９】
この結果、モータ電流は、ＧＮＤからスイッチ１２３の寄生ダイオードとスイッチ１２１の寄生ダイオードを経由して電源に流れ続けるものの、オン電圧Ｖｆの大きな寄生ダイオード２つの損失分だけ多くモータの運動エネルギーが消費される。そのため、ＡＣ瞬断中にモータ速度が大幅に下がる、或いは停止する等、通常動作を維持することができなくなる。
【００３０】
次に、本発明を、マルチファンクションインクジェットプリンタ（以降、インクジェットプリンタと称する）に適用した例について説明する。先ず、図６にインクジェットプリンタの全体構成を示す。
【００３１】
図６（ａ）は、プリンタユニットであり、ＣＲモータ６１７、ＡＰＰモータ６１８、ＬＦモータ６１９、ＡＣアダプタ６１３、及びモータ制御回路７００を含む、プリンタ全体を制御（コントロール）する制御基板６１６から構成される。なお、モータ制御回路７００については、図７を用いて後述する。
【００３２】
ＣＲモータ６１７は、記録ヘッドを搬送するキャリッジ６１４を駆動するモータである。ＡＰＰモータ６１８は、記録ヘッドのノズルをクリーニングするクリーニング機構６１２及び複数の被記録媒体から最上部の一枚だけを取り出してプリントユニットに送り込む自動搬送機構６１５を駆動するモータである。ＬＦモータ６１９は、被記録媒体を搬送する搬送機構６１１を駆動するモータである。
【００３３】
図６（ｂ）は、図６（ａ）のプリンタユニットに画像読み取りユニット６２１とパネルユニット６２５を組み込んだ状態を示すものである。なお、画像読取りユニット６２１は、画像読取りセンサ６２２と、画像読取りセンサ６２２を駆動するＦＢモータ６２３、及び原稿を設置する原稿台ガラス６２４から構成される。
【００３４】
図７は、インクジェットプリンタのハードウェア構成図であり、図７を用いて、上述のモータ制御回路７００の詳細について説明する。モータ制御回路７００は、電圧低下検出回路７０１、ロジック回路７０２、ＣＰＵ７０３、ＲＯＭ７０４、及びＨブリッジ回路７０５〜７０８を備える。
【００３５】
電圧低下検出回路７０１は、ＤＣ電源ＶＭの電圧が例えば、２５Ｖを下回ると、これを検出してＳＴＯＰ信号Ｓ１をアサートする。ＣＰＵ７０３は、ＲＯＭ７０４に格納されたファームウエアに基づいて、Ｅｎａｂｌe Ｂｕｓ信号Ｓ７１及びＰｈａｓｅ Ｂｕｓ信号Ｓ７２をロジック回路７０２に送出する。ロジック回路７０２は、ＣＲモータ６１７、ＬＦモータ６１９、ＡＰＰモータ６１８、ＦＢモータ６２３のスイッチを制御する。
【００３６】
ロジック回路７０２は、電圧低下検出回路７０１及びＣＰＵ７０３から送出される信号に基づいて、制御信号Ａ１〜Ａ４、Ｂ１〜Ｂ４、Ｃ１〜Ｃ４、Ｄ１〜Ｄ４を生成し、Ｈブリッジ回路７０５〜７０８の各々４つのスイッチのオン又はオフを制御する。即ち、ＣＲモータ６１７、ＬＦモータ６１９、ＡＰＰモータ６１８、及びＦＢモータ６２３の駆動を制御する。
【００３７】
次に、図３を用いて、ＡＣ瞬断発生時におけるインクジェットプリンタの動作について説明する。インクジェットプリンタの印刷時にＡＣ瞬断が発生すると、先ず、制御基板６１６に搭載されている電圧低下検出回路７０１がＳｔｏｐ信号Ｓ１をＨｉｇｈに制御する（アサートする）。次に、ロジック回路７０２は、Ｈブリッジ回路７０５〜７０８の各々において、図面の上側に位置するスイッチをオフ、図面の下側に位置するスイッチをオンに制御する。
【００３８】
この結果、ＡＣアダプタ６１３の出力であるＤＣ電源ＶＭと全てのＨブリッジ回路７０５〜７０８は分離される。また、その一方で、ＣＲモータ６１７、ＬＦモータ６１９、ＡＰＰモータ６１８、ＦＢモータ６２３の中で直前まで回転していたモータの電流は、下側スイッチを経由して低損失で効率的に回生される。そのため、残存しているモータの運動エネルギーを用いて、通常動作時の速度と同様の速度で（通常動作時の速度に近い速度で）、モータを継続して動作させることができる。
【００３９】
さらに、この間に、ＡＣ電源（電圧）が回復すれば、ＡＣ電源が瞬断される前の正常時の動作に戻ることができる。このように、ＡＣ瞬断が発生しても、動作に異常をきたすことなく、通常のモータ動作を維持させることができる。
【００４０】
補足として、ＦＥＴ（Field Effect Transistor）スイッチでＣＲモータ電流を回生した場合の効果を以下に例示する。
条件：
・ＣＲ重量                ｍ  ＝  ０．３［ｋｇ］
・ＣＲ速度                ｖ  ＝２０    ［ｉｎｃｈ／ｓ］
・ＣＲモータ電流          Ｉｍ＝  ０．３［Ａ］
・寄生ダイオード電圧降下  Ｖｆ＝  １    ［Ｖ］
・ＦＥＴオン抵抗        Ｒｏｎ＝  ０．２［Ω］
・ＡＣ瞬断時間        Ｔｏｆｆ＝２０    ［ｍｓ］
効果：
次の計算式を用いて、ダイオード回生後の速度とＦＥＴスイッチ回生後の速度を比較する。なお、計算を簡易化するため、モータのトルク負荷や摩擦等、別の速度低下要因は、ここでは無視する。
計算式：
運動エネルギー              Ｊ１＝１／２  ＊  ｍ  ＊  ｖ１＾２
ダイオード損失              Ｐｄ＝Ｖｆ  ＊  Ｉｍ
ＦＥＴ損失                  Ｐｆ＝Ｒｏｎ  ＊  Ｉｍ＾２
ＡＣ瞬断後の運動エネルギー  Ｊ２＝Ｊ１  −  Ｔｏｆｆ  ＊  Ｐｄ（ ｏｒ  Ｐｆ）  
ＡＣ瞬断後の速度            ｖ２＝√（Ｊ２  ＊  ２／ｍ）
先ず、ダイオードで回生した場合のＡＣ瞬断後の速度を算出する。
ＡＣ瞬断前の運動エネルギー    ０．０３９［Ｊ］
ダイオード損失                ０．６    ［Ｗ］
損失後の運動エネルギー        ０．０２７［Ｊ］
ＡＣ瞬断後の速度            １６．６    ［ｉｎｃｈ／ｓ］
次に、ＦＥＴスイッチで回生した場合のＡＣ瞬断後の速度を算出する。
ＡＣ瞬断前の運動エネルギー    ０．０３９［Ｊ］
ＦＥＴ損失                    ０．０１８［Ｗ］
損失後の運動エネルギー        ０．０３８［Ｊ］
ＡＣ瞬断後の速度            １９．９    ［ｉｎｃｈ／ｓ］
このように、ダイオード回生では３．４［ｉｎｃｈ／ｓ］の速度低下が生じることに対して、ＦＥＴスイッチ回生では速度低下を０．１［ｉｎｃｈ／ｓ］に抑えることができる。
【００４１】
なお、上述の実施形態では、その一例として、インクジェットプリンタを例に説明した。しかしながら、少なくとも上述のＡＣを電源としたＤＣモータを搭載している電子機器（例：洗濯機、掃除機）において適用することができる。
【００４２】
本発明は、上述の実施形態の１以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける１つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。
【符号の説明】
【００４３】
１０              電圧低下検出回路
１１              ロジック回路
１２              Ｈブリッジ回路
１２１−１２４    スイッチング素子
１２５            ＤＣモータ
【図１】
2019193506.tif 000003
【図２】
2019193506.tif 000004
【図３】
2019193506.tif 000005
【図４】
2019193506.tif 000006
【図５】
2019193506.tif 000007
【図６】
2019193506.tif 000008
【図７】
2019193506.tif 000009