(57)【要約】【課題】各電源が異常になった場合でも、モータ駆動を止める動作を行い、モータ異常動作による機器の損傷を防ぐサーボ制御装置を提供する。【解決手段】ＤＣサーボモータＭ３１の回転方向を含む回転速度を検出する回転速度検出手段（エンコーダＥＣ３１、マイコン３０）と、該回転速度検出手段により検出した回転速度と予め設定した回転目標速度との偏差値から目標指示電流値を演算する手段（マイコン３０）と、前記ＤＣサーボモータＭ３１を流れる電流値を検出する電流検出器４０とを備え、該電流検出器４０により検出したＤＣサーボモータＭ３１の駆動電流を目標指示電流値に追従させてサーボ動作を行うサーボ制御装置に関し、制御回路内で使用する電源の状態を検出して、電源が異常状態な場合にモータ駆動を停止させるように構成する。【選択図】　　　図１
2004040880.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＤＣサーボモータの回転方向を含む回転速度を検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段により検出した回転速度と予め設定した回転目標速度との偏差値から目標指示電流値を演算する手段と、前記ＤＣサーボモータを流れる電流値を検出する電流検出器と、を備え、
該電流検出器により検出したＤＣサーボモータの駆動電流を目標指示電流値に追従させてサーボ動作を行うサーボ制御装置において、制御回路内で使用する電源の状態を検出して、電源が異常状態な場合にモータ駆動を停止させることを特徴とするサーボ制御装置。
【請求項２】
制御回路内で使用する電源の異常を検出する異常検出手段を備え、該異常検出手段からの異常信号により、ＤＣサーボモータのドライバにおける４個のトランジスタで構成したＨブリッジ回路のローサイドの２つのトランジスタをオフとすることを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
【請求項３】
制御回路内で使用する電源の異常を検出する異常検出手段を備え、該異常検出手段からの異常信号により、ＤＣサーボモータのドライバにおける４個のトランジスタで構成するＨブリッジ回路のハイサイドの２つのトランジスタをオフとすることを特徴とする請求項１に記載のサーボ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータ異常動作による機器の損傷を防ぐためのサーボ制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
本発明の従来技術として、特開２００１−４２４５２公報が存在する。この公報は、電流検出器のオフセットによって起きるＤＣサーボモータ始動時の誤動作の防止を簡単な回路構成で実現し、設定目標指示電圧の誤差の原因となるＡＤ、ＤＡ変換に用いるリファレンス電圧の変動を補償したサーボ制御装置を提供するようにしたものである。
また、特開２００１−２２４１９２公報に開示された技術においては、電流検出器のオフセットと、デジタルで設定される目標指示値に誤差を生じるＡＤ／ＤＡ変換におけるダイナミックレンジのバラツキを補正し、正しい制御動作を行うサーボ制御装置を提供している。
複写機などの画像形成装置では、コンタクトガラス上におかれた原稿に対し、光源及び伝達光学系を有するスキャナを走査させながら、光源光によって照射される原稿画像面からの反射光を伝達光学系を介して画像データとして取り込み、感光体上に結像させて露光処理が行われる。
かかるスキャナの走査は、ＤＣサーボモータを使用してスキャナを駆動することによって行われる。ＤＣサーボモータのドライバは、４個のＭＯＳ・ＦＥＴで構成するＨブリッジ回路を持ち、パルス変調（ＰＷＭ）信号及び回転方向の＋／−信号により４個のＭＯＳ・ＦＥＴを選択動作させて、正逆回転の動作をさせる。
【０００３】
ＤＣサーボモータの駆動をサーボコントロールするフィードバック系には、モータ軸に取り付けられたエンコーダと、エンコーダの検出信号によりＤＣサーボモータの回転速度検出、速度演算及び速度制御信号を処理するマイコンと、ＤＣサーボモータに流れる電流値及びその電流方向を検出する電流検出部と、モータ速度を決めるパルス変調信号及び回転方向を決める信号（即ち、電流検出部からの検出電流値とマイコンから指示される目標速度に応じた制御目標電流値の比較値に基づいて発生されるＰＷＭ信号及び＋／−信号）によりモータドライバのＨブリッジ回路の４個のＭＯＳ・ＦＥＴを選択動作させる選択回路とを備えている。
このフィードバック系においては、モータ軸に取り付けられたエンコーダからの回転同期パルス信号によりマイコン内で回転速度を検出し、検出された回転速度と予め設定した目標回転速度との偏差によりＰＩ制御動作に従う目標指示電流値を設定し、変化するこの目標電流値にＤＣサーボモータの動作電流を追従させ、ＤＣサーボモータの回転速度が目標速度になるように、サーボ制御動作を行っている。
この制御方式は、一般的にソフトウェアサーボと呼ばれている。制御は、エンコーダ信号による割り込み処理、または数ｍｓｅｃ程度のタイムインターバル割り込み処理で高速処理されている。
【０００４】
また、ＤＣサーボモータの駆動電流を目標指示電流値に追従させ、サーボ動作を行うために、実際にＤＣサーボモータを流れる電流値と電流方向を検出する電流検出部としてホール電流検出器が用いられ、検出値が目標指示電流値と比較される。
ホール電流検出器は、電流に比例して発生する磁束を磁気鉄心とホール素子の組み合わせにより非接触で検出し、上記電流値を電圧に変換するものであり、バイポーラ出力とユニポーラ出力のタイプがある。
ユニポーラ出力タイプの場合、ＤＣサーボモータに電流が流れていない時、即ち、モータ停止状態では＋２．５Ｖの電圧を出力し、プラスの電流（仮にモータ正転方向とする）の時は＋２．５Ｖ以上の電圧を、マイナスの電流（仮にモータ逆転方向）の時は＋２．５Ｖ以下の電圧を発生し、電流値がマイナス側から０を挟んでプラス側にわたり電流対出力電圧がリニアな関係となる検出特性を持つ。また、バイポーラ出力タイプは、電流対出力電圧がリニアな関係となる検出特性は同じで、電流値と出力電圧値の関係が同一極性で、マイナス側から０を挟んでプラス側にわたるものである。
【０００５】
以下、ユニポーラ出力タイプを例にとり説明すると、停止時の目標指示電流値は、電流検出部（ホール電流検出器）の電流値０の時の出力電圧と同じにするような電圧値で設定され、正転方向に駆動させるには電流検出器の電流値０の時の出力電圧以上の電圧、逆転方向に駆動させるには電流検出器の電流値０の時の出力電圧以下の電圧を設定するようになされる。
マイコンから指示される目標指示電流値と電流検出部からのモータ電流値との差分を演算し、その差分の＋／−の結果によってＤＣサーボモータに流す電流の向きを決定し、更に、上記差分から制御量として絶対値回路で絶対値に変換して、三角波と比較をとりＰＷＭ信号を生成して、Ｈブリッジ回路を介してＤＣサーボモータをドライブする。実際に速度制御を行う際には、予め決められたＤＣサーボモータの回転速度のタイムチャートに従って、その時の目標指示電流値を参照値として設定することにより、その値を追従する制御動作がなされる。以上の制御回路は、複数の電源を用いて駆動されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、不慮の故障で、各電源が異常になる場合があり、各回路の動作が不定になり、フードバック系が成り立たず、ＤＣサーボモータの異常動作を引き起こす恐れがある。
本発明は、不慮の故障で、各電源が異常になった場合でも、モータ駆動を止める動作を行い、モータ異常動作による機器の損傷を防ぐサーボ制御装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、請求項１記載の発明では、ＤＣサーボモータの回転方向を含む回転速度を検出する回転速度検出手段と、該回転速度検出手段により検出した回転速度と予め設定した回転目標速度との偏差値から目標指示電流値を演算する手段と、前記ＤＣサーボモータを流れる電流値を検出する電流検出器とを備え、該電流検出器により検出したＤＣサーボモータの駆動電流を目標指示電流値に追従させてサーボ動作を行うサーボ制御装置において、制御回路内で使用する電源の状態を検出して、電源が異常状態な場合にモータ駆動を停止させるサーボ制御装置を最も主要な特徴とする。
請求項２記載の発明では、制御回路内で使用する電源の異常を検出する異常検出手段を備え、該異常検出手段からの異常信号により、ＤＣサーボモータのドライバにおける、４個のトランジスタで構成したＨブリッジ回路のＬｏｗサイドの２つのトランジスタをオフとするサーボ制御装置を主要な特徴とする。
請求項３記載の発明では、制御回路内で使用する電源の異常を検出する異常検出手段を備え、該異常検出手段からの異常信号により、ＤＣサーボモータのドライバにおける、４個のトランジスタで構成するＨブリッジ回路のＨｉサイドの２つのトランジスタをオフとするサーボ制御装置を主要な特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図面により本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明に係るサーボ制御装置は図１に示すとおりであり、サーボ制御装置の１形態例の回路構成を示す図である。
図１を参照して、この形態例における装置全体の構成と装置の動作の概容を以下に説明する。図１に示されるように、このサーボ制御装置は、ＤＣサーボモータＭ３１の駆動を制御する装置で、ＤＣサーボモータＭ３１のドライバは、４個のトランジスタＱ３１〜３４で構成するＨブリッジ回路を持ち、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号及び回転方向を決めるＨ／Ｌ信号により４個のトランジスタＱ３１〜３４（ＭＯＳ−ＦＥＴ：Ｈブリッジ回路）を選択動作させて、ＤＣサーボモータＭ３１へ供給する駆動電流を変化させて正逆回転の駆動を行う。
ＤＣサーボモータＭ３１をサーボ　コントロールするフィードバック系には、モータ軸に取り付けられたエンコーダＥＣ３１と、エンコーダＥＣ３１の検出信号によりＤＣサーボモータＭ３１の回転速度検出速度演算及び速度制御信号を処理するマイコン３０と、ＤＣサーボモータＭ３１に流れる電流値及びその電流方向を検出する電流検出器４０と、モータ速度を決めるＰＷＭ信号及び回転方向を決める信号（即ち、電流検出器４０からの検出電流値とマイコン３０から指示される目標速度に応じた制御目標電流値の比較値に基づいて発生されるＰＷＭ信号及びＨ／Ｌ信号）によりＨブリッジ回路の４個のトランジスタＱ３１〜３４を選択動作させる選択回路３４、３５とが備えられている。
フィードバック系の動作を簡単に説明すると、ＤＣサーボモータＭ３１の回転軸に取り付けられたエンコーダＥＣ３１からの回転同期パルス信号を、マイコン３０内でＤＣサーボモータＭ３１の回転速度を検出し、検出された回転速度と予め設定した目標回転速度との偏差によりＰＩ制御を行うようになっており、マイコン３０は、上記で得た回転速度の偏差値からＰＩ制御による目標値として、ＤＣサーボモータＭ３１に供給すべきモータ（駆動）電流に応じた値を演算により求めるようにしてある。
また、求めた目標値はデジタル値であるから、アナログ値へとＤＡ変換し、制御目標指示電流値Ｉｒｅｆを差動増幅器ＩＣ３３のプラス端子に入力し、一方、差動増幅器ＩＣ３３のマイナス端子にはＤＣサーボモータＭ３１のモータ駆動電流Ｉｍｏｔ（実際には、電流検出器４０により検出された電圧値）を入力し、制御目標指示電流値になるようにフィードバックをかける（定電流制御）ようにしてある。
【０００９】
さて、このフィードバック系の回路の動作を説明すると、ＩＣ３３では、Ｉｒｅｆ−Ｉｍｏｔを行い、０Ｖを中心とした差分の信号を発生させるで、プラスとマイナスの両極電源が必要になる。ＩＣ３５においても同様である。またＩＣ３５の出力は、マイナス側信号は正転方向、プラス側信号は逆転方向になるため、これを２値化するＩＣ３６も両極電源が必要になる。更に絶対値回路３８は、両極の信号の絶対値を取るため、両極電源が必要になってくる。絶対値回路の出力はモータ駆動電流の制御操作量に相当し、これをＰＷＭ信号に変換する為に、三角波と比較しパルスを生成している。
Ｈブリッジ回路の動作は、ＩＣ３６で生成された正転または逆転方向の指示信号によりＤＣサーボモータに流す電流の向きを決定し、ＰＷＭは、Ｈブリッジの上段側に供給されモータ電流の加減制御を行っている。ここでは、正の片電源のみでＤＣサーボモータを駆動している。
以上のように、制御操作量を決定するまでは、両極電源を用いており、特に負電源の異常が起こると、回路の誤動作で制御操作量が不定になり、この状態でＤＣサーボモータを駆動させてしまい、走行体の異常動作につながってしまう。
【００１０】
本発明の形態例として、不慮の故障で、電源が短絡した場合の検出について説明する。図２の負電源のみの短絡検出について説明する。Ｒ３とＲ４により抵抗分割された電圧Ｖ１を比較電圧として、また、＋Ｖａと−Ｖａ電圧をＲ１とＲ２とで抵抗分割させ、Ｖ１より低い電圧（＋Ｖ１−α）に設定させる。この（＋Ｖ１）をコンパレータの（＋）入力へ、（＋Ｖ１−α）をコンパレータの（−）入力に接続する。両極電源が正常なときはコンパレータの出力はオープン状態になる。また、負電源がショート（ＯＶ）になると、Ｒ１とＲ２で分割された電圧がＶ１より高くなってしまうので、コンパレータの出力はＬｏｗレベル（電流を引き込む）になる。また、負電源がオープンになったときも、同様な結果になる。また、αの値は、負電源での回路動作可能電圧から求めることにより、規定の電圧に達していないときの検出を可能にしている。
図３には、正電源のみの短絡検出について説明する。Ｒ７とＲ８により抵抗分割された電圧Ｖ２を比較電圧として、また、＋Ｖａと−Ｖａ電圧をＲ５とＲ６とで抵抗分割させ、Ｖ２より高い電圧（＋Ｖ１＋β）に設定させる。この（＋Ｖ２）をコンパレータの（＋）入力へ、（＋Ｖ２＋β）をコンパレータの（−）入力に接続する。両極電源が正常なときはコンパレータの出力はＬｏｗレベル（電流を引き込む）なる。このときトランジスタＱ１はオン状態になり、＋Ｖａは各回路に供給される。正電源がショート（ＯＶ）になると、（−）端子は０Ｖになり、Ｖ２より低くなってしまうので、コンパレータの出力はオープン状態になる、このときトランジスタＱ１はオフ状態になり、＋Ｖａは各回路に供給されなくなる。また、＋Ｖａがオープンになったときも、同様な結果になる。また、αの値は、正電源での回路動作可能電圧から求めることにより、規定の電圧に達していないときの検出を可能にしている。以上のように、電源電圧の異常を検出することが可能である。
【００１１】
本発明の第２の形態例としては、上記の負電源の状態を検出して、ＨブリッジのＬｏｗサイドのトランジスタＱ３３、Ｑ３４を異常時にオフさせることで、モータ駆動を停止させている。まず、図１のトランジスタＱ３３、Ｑ３４のゲート前段の回路を図４にて具体的に説明する。モータ正転時は、Ｓ１＝Ｌｏｗレベル、Ｓ２＝Ｈｉレベルになっているので、トランジスタＱ１１はオフ、トランジスタＱ１２はオンでトランジスタＱ３３はオフ状態になる。また、トランジスタＱ１３はオン、トランジスタＱ１４はオフでトランジスタＱ３４はオン状態になる。
図５には、負電源の状態により、ＨブリッジのトランジスタＱ３３、Ｑ３４動作を決める回路を示す。検出回路は図２に示す通りで、その出力をトランジスタＱ３３、Ｑ３４のゲートにダイオードＤ１１、Ｄ１２を介して接続する。負電源−Ｖａが正常なときは、コンパレータの出力はオープン状態になり、ダイオードＤ１１、Ｄ１２はオフ状態になるため、図４と同じ構成になる。負電源−Ｖａが短絡、オープン、規定電圧未達の異常なときは、コンパレータの出力はＬｏｗになり、ダイオードＤ１１、Ｄ１２はオンになり、トランジスタＱ１２とトランジスタＱ１４の抵抗を通して電流が流れ、トランジスタＱ３３、Ｑ３４のゲートには、ダイオードの順方向電圧のみが加わり、Ｎ−ｃｈのＭＯＳ−ＦＥＴはオフの状態になる。
【００１２】
本発明の第３の形態例は、上記の正電源の状態を検出して、ＨブリッジのＨｉサイドのトランジスタＱ３１、Ｑ３２を異常時にオフさせることで、モータ駆動を停止させている。まず、図１のトランジスタＱ３１、Ｑ３２のゲート前段の回路を図６にて具体的に説明する。モータ正転時は、Ｓ１＝Ｌｏｗレベル、Ｓ２＝Ｈｉレベルになっているので、ＮＡＮＤ３４の出力はＨｉレベルで、トランジスタＱ２３はオン、トランジスタＱ２４はオフでトランジスタＱ３２はオフ状態になる。また、ＮＡＮＤ３５の出力はＰＷＭ信号の反転が出力され、トランジスタＱ２１、Ｑ２２はＰＷＭに従ってオン状態とオフ状態を繰り返し、トランジスタＱ３１はチョッピング動作を行う。
図７には、正電源の状態により、ＨブリッジのトランジスタＱ３１、Ｑ３２動作を決める回路を示す。検出回路は図３に示す通りで、トランジスタＱ１の出力を図７の＋Ｖａにしている。＋Ｖａが正常なときは、コンパレータの出力はＬｏｗになり、トランジスタＱ１がオンになり＋ＶａはトランジスタＱ１を通りトランジスタＱ２３、Ｑ２１に供給され、回路は正常時の動作を行う。
正電源＋Ｖａが短絡、オープン、規定電圧未達の異常なときは、コンパレータの出力はオープンの状態になり、トランジスタＱ１はオフされ、トランジスタＱ２３、Ｑ２１には＋Ｖａは供給されなくなる。これにより、トランジスタＱ２４、Ｑ２２のベースは、共ＧＮＤレベルになるため、トランジスタＱ２４、Ｑ２２はオフ状態になり、Ｐ−ｃｈのＭＯＳ−ＦＥＴのゲートソース間電圧が同電圧になるため、トランジスタＱ３１、Ｑ３２はオフの状態になる。
本発明に係る形態例のように、両極電源が各異常になったとき、ＨブリッジのＨｉサイド、又はＬｏｗサイドをオフすることにより、ＤＣサーボモータには電流が流れなくなり、ＤＣサーボモータの暴走をくい止めることが可能になり、走行体の破損等を防ぐことが出来る。
特にフィードバック系の回路内に、負電源を用いている装置に対しては、本発明の請求項２に記載の構成が有効で、フィードバック系の回路内が正電源で構成されている装置に対しては、請求項３に記載の構成が有効となる。
尚、本発明のサーボ制御装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００１３】
【発明の効果】
上記した本発明のサーボ制御装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
本発明の請求項１に記載の発明によれば、安価な部品で検出回路が構成でき、その検出信号で異常時にモータ駆動を止め、異常動作を防ぐことができる。
本発明の請求項２、３に記載の発明によれば、異常時のモータ駆動開始や、モータ駆動中の異常動作をくい止め、スキャナのフレーム激突等による機器のダメージを防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るサーボ制御装置の１形態例の回路構成を示す図である。
【図２】本発明に係る、不慮の故障による電源が短絡した場合の検出に関する説明図である。
【図３】本発明に係る、正電源のみの短絡検出に関する説明図である。
【図４】本発明に係る、図１のトランジスタＱ３３、Ｑ３４のゲート前段の回路を説明する説明図である。。
【図５】本発明に係る、負電源の状態により、ＨブリッジのトランジスタＱ３３、Ｑ３４の動作を決める回路の説明図である。
【図６】本発明に係る、図１のトランジスタＱ３１、Ｑ３２のゲート前段の回路を説明する説明図である。
【図７】本発明に係る、正電源の状態により、ＨブリッジのトランジスタＱ３１、Ｑ３２動作を決める回路の説明図である。
【符号の説明】
３０　マイコン（回転速度検出手段；目標指示電流値を演算する手段）
４０　電流検出器
Ｍ３１　ＤＣサーボモータ
ＥＣ３１　エンコーダ（回転速度検出手段）
Ｑ３１　Ｈブリッジ回路のＨｉサイドのトランジスタ
Ｑ３２　Ｈブリッジ回路のＨｉサイドのトランジスタ
Ｑ３３　Ｈブリッジ回路のＬｏｗサイドのトランジスタ
Ｑ３４　Ｈブリッジ回路のＬｏｗサイドのトランジスタ
【図１】
2004040880.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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