(57)【要約】【課題】スイッチング素子の故障、断線、地絡、ＤＣモータの拘束状態、ＤＣモータの巻線短絡の重大障害が発生しても発煙、焼損にならないように防止するＤＣモータの異常検出方法を提供する。【解決手段】ＤＣモータの動作モードに応じて、基準電流値を超える電流が流れるか否か及び、基準電流値を超えた電流が流れている時間から、異常状態を判断して、異常である場合は直ぐにリレーをＯＦＦしてＨブリッジ回路及び、ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１から第４のスイッチング素子とＤＣモータにより構成されたＨブリッジ回路と、
前記Ｈブリッジ回路及び前記ＤＣモータへはリレーを介して給電され、前記Ｈブリッジ回路とグランド間に電流検出抵抗を接続し、前記電流検出抵抗に流れた電流値と基準電流値を比較する電流値検出回路を備え、前記基準電流値を超えた電流が規定時間流れたとき、又は、前記基準電流値を超えた電流が流れないとき、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とするＤＣモータの異常検出方法。
【請求項２】
前記基準電流値は、前記ＤＣモータの起動電流値及び、前記ＤＣモータが拘束状態の電流値より低く、且つ、前記ＤＣモータの使用最大負荷時の電流値より高い値に設定することを特徴とする請求項１記載のＤＣモータの異常検出方法。
【請求項３】
前記ＤＣモータが正転動作、又は、逆転動作しているとき、基準電流値を超えた電流が流れないときは、前記ＤＣモータの両側端子に接続されているケーブルが断線している、又は、前記ＤＣモータの両側端子部が地絡していると判定し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣモータの異常検出方法。
【請求項４】
前記ＤＣモータを正転又は、逆転に駆動したとき、基準電流値を超えた電流が規定時間流れたときは、前記スイッチング素子の短絡、又は、前記ＤＣモータの巻線短絡、又は、前記ＤＣモータが拘束状態にあると判定し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣモータの異常検出方法。
【請求項５】
前記ＤＣモータがブレーキ動作しているとき、基準電流値を超えた電流が流れたときは、前記スイッチング素子が短絡していると判定し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣモータの異常検出方法。
【請求項６】
前記ＤＣモータが停止しているとき、基準電流値を超えた電流が流れたときは、前記スイッチング素子が短絡していることを検出し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とする請求項１または２に記載のＤＣモータの異常検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プリンタや複写機などの画像形成装置において、駆動源として用いられるＤＣモータの異常検出方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術を図５、図６を用いて説明する。図５は、従来例におけるＤＣモータ制御回路ブロック図である。
【０００３】
同図において、Ｈブリッジ回路１０は４個のスイッチング素子１〜４で構成された回路であり、第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２との間と、第３のスイッチング素子３と第４のスイッチング素子４との間にＤＣモータ５の電極端子が接続されている。第２のスイッチング素子２、第４のスイッチング素子４のソース側とグランドとの間に電流検出抵抗６と、電流検出抵抗６の電圧値からＨブリッジ回路１０を流れる電流が基準電流値を超えたことを検出するための電流検出回路７を設け、基準電流値を超えた電流が流れたとき、電流検出回路７の出力信号である異常電流検出信号がＯＮし制御部８へ入力される。制御部８は、ＤＣモータ５の正転動作、逆転動作、ブレーキ動作、停止するためのスイッチング素子１〜４をＯＮ−ＯＦＦする制御機能を有している。
【０００４】
図６は、この従来例におけるＤＣモータの異常検出フローチャートである。電源投入時やＤＣモータ５が停止状態のときに、第１のスイッチング素子１、第２のスイッチング素子２、第３のスイッチング素子３、第４のスイッチング素子４をそれぞれＯＮしたときに電流検出抵抗６に流れる電流が基準電流値よりも小さい場合は、同図に示すＳ１〜Ｓ８のステップを反復して、第１のスイッチング素子１、第２のスイッチング素子２、第３のスイッチング素子３、第４のスイッチング素子４の検査を行う。
【０００５】
スイッチング素子の何れかが短絡状態になっている場合、例えば特許文献１では、第２のスイッチング素子２がオン状態になっている場合、第１のスイッチング素子１をオンしたときに、第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２を通じて貫通電流が流れ、制御部８はこの電流と基準電流値との比較結果（Ｓ２）により、起動停止状態とし、警告表示を行っている。
【０００６】
また、特許文献２では、図示しないＤＣモータの電極端子と電源又はグランドとの間に、抵抗とフォトカプラで構成された微小電流検出回路により、微小電流が流れたか否かで断線の有無を検出している。
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２８４３５４号公報
【特許文献２】特開２００７−１７４０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来の方法では、スイッチング素子の故障又は断線故障のみを検出している。しかしながら、スイッチング素子の故障、断線以外にケーブルの損傷（被覆剥け）によるＤＣモータの地絡、異物混入や過負荷等によるＤＣモータの拘束状態、ＤＣモータの電磁ブラシの摩耗紛等による巻線の短絡が発生する可能性があり、このような障害が発生した場合、スイッチング素子やＤＣモータ、ケーブルに過度の電流が流れ続けて発煙や焼損など重大障害に発展する可能性がある。
【０００９】
本発明の目的は、スイッチング素子の故障、断線、地絡、ＤＣモータの拘束、ＤＣモータの巻線短絡の重大障害が発生しても発煙、焼損にならないように防止するＤＣモータの異常検出方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため本発明の第１の手段は、第１から第４のスイッチング素子とＤＣモータにより構成されたＨブリッジ回路と、前記Ｈブリッジ回路及び前記ＤＣモータへはリレーを介して給電され、前記Ｈブリッジ回路とグランド間に電流検出抵抗を接続し、前記電流検出抵抗に流れた電流値と基準電流値を比較する電流値検出回路を備え、前記基準電流値を超えた電流が規定時間流れたとき、又は、前記基準電流値を超えた電流が流れないとき、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とするものである。
【００１１】
本発明の第２の手段は上記第１の手段において、前記基準電流値は、前記ＤＣモータの起動電流値及び、前記ＤＣモータが拘束状態の電流値より低く、且つ、前記ＤＣモータの使用最大負荷時の電流値より高い値に設定することを特徴とするものである。
【００１２】
本発明の第３の手段は上記第１または第２の手段において、前記ＤＣモータが正転動作、又は、逆転動作しているとき、基準電流値を超えた電流が流れないときは、前記ＤＣモータの両側端子に接続されているケーブルが断線している、又は、前記ＤＣモータの両側端子部が地絡していると判定し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とするものである。
【００１３】
本発明の第４の手段は上記第１または第２の手段において、前記ＤＣモータを正転又は、逆転に駆動したとき、基準電流値を超えた電流が規定時間流れたときは、前記スイッチング素子の短絡、又は、前記ＤＣモータの巻線短絡、又は、前記ＤＣモータが拘束状態にあると判定し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とするものである。
【００１４】
本発明の第５の手段は上記第１または第２の手段において、前記ＤＣモータがブレーキ動作しているとき、基準電流値を超えた電流が流れたときは、前記スイッチング素子が短絡していると判定し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とするものである。
【００１５】
本発明の第６の手段は上記第１または第２の手段において、前記ＤＣモータが停止しているとき、基準電流値を超えた電流が流れたときは、前記スイッチング素子が短絡していることを検出し、リレーをＯＦＦにして前記Ｈブリッジ回路及び、前記ＤＣモータへの給電を遮断することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、ＤＣモータの全ての動作モードにおいて、スイッチング素子の故障、断線、地絡、ＤＣモータの拘束状態、ＤＣモータの巻線短絡の何れかが発生しても、異常を検出でき、直ぐに給電を遮断するため、スイッチング素子やＤＣモータ、ケーブルの発煙や焼損などの重大障害の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は前述のように、ＤＣモータが動作モードに応じて、以下の現象が発生した場合、異常であると判断して直ぐにリレーをＯＦＦしてＨブリッジ回路及びＤＣモータへの給電を遮断することにより達成される。
（１）ＤＣモータが正転動作において、起動時に基準電流値を超える電流が流れない場合。
（２）ＤＣモータが正転動作中に基準電流値を超える電流が規定時間以上流れた場合。
（３）ＤＣモータが逆転動作において、起動時に基準電流値を超える電流が流れない場合。
（４）ＤＣモータが逆転動作中に基準電流値を超える電流が規定時間以上流れた場合。
（５）ＤＣモータがブレーキ動作中に基準電流値を超える電流が流れた場合。
（６）ＤＣモータが停止中に基準電流値を超える電流が流れた場合。
【００１８】
具体的には、Ｈブリッジ回路に流れる電流を検出するための電流検出抵抗と電流検出回路を設け、基準電流値をＤＣモータの起動電流値及び、ＤＣモータの拘束状態の電流値より小さく、且つ、使用最大負荷電流値よりも大きい値に設定する。ＤＣモータの正転動作モード、逆転動作モード、ブレーキ動作モード、停止モードにおいて、基準電流値を超える電流が流れる時間で異常状態を判定する手段を備えることで実現した。
【００１９】
以下、本発明の一実施例を説明する。図２は本実施例におけるＤＣモータ制御回路ブロック図である。図２において、Ｈブリッジ回路１０は４個のスイッチング素子１〜４で構成された回路であり、第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２との間と、第３のスイッチング素子３と第４のスイッチング素子４との間にＤＣモータ５の電極端子が接続されている。第２のスイッチング素子２、第４のスイッチング素子４のソース側とグランドとの間に電流検出抵抗６と、電流検出抵抗６の電圧値からＨブリッジ回路１０を流れる電流が基準電流値を超えたことを検出するための電流検出回路７を設け、基準電流値を超えた電流が流れたとき、電流検出回路７の出力信号である異常電流検出信号がＯＮし制御部８へ入力される。制御部８は、ＤＣモータ５の正転動作、逆転動作、ブレーキ動作、停止するためのスイッチング素子をＯＮ−ＯＦＦする制御機能と、異常電流検出信号がＯＮしている時間をカウントする機能と、リレー９をＯＮ−ＯＦＦする制御機能を有している。
【００２０】
Ｈブリッジ回路１０を流れる電流、つまり、電流検出抵抗６に流れる電流は、ＤＣモータ５にかかる負荷により変動する。ＤＣモータ５にかかる負荷が最も大きい場合は、図３に示すように、ＤＣモータ５が起動したときの起動電流が基準電流値を超えて電流が流れる時間が長い、つまり、異常電流検出信号がＯＮしている時間が、図４に示すＤＣモータ５にかかる負荷が小さい場合に比較して長くなる。また、起動後のＤＣモータ５が回転中の電流値もＤＣモータ５にかかる負荷が小さい場合に比較して、負荷が大きい場合の方が大きくなる。基準電流値は、ＤＣモータ５の起動電流値及び、ＤＣモータ５の拘束状態の電流値より小さく、且つ、ＤＣモータ５にかかる負荷が最も大きい時（使用最大負荷時）のＤＣモータ５回転動作中の電流値より大きい値に設定する。起動電流とは、ＤＣモータ５が動き出す瞬間に流れる電流で、ＤＣモータ５回転動作中の電流よりも大きな電流が流れる。規定時間は、使用最大負荷時にＤＣモータ５が正転又は、逆転動作したときの起動電流が基準電流値を超えて流れる時間より長く設定する。基準電流値、規定時間は、使用するＤＣモータ５、使用負荷に応じて設定する。
【００２１】
次に、ＤＣモータ５の正転動作、逆転動作、ブレーキ動作、停止について表１を用いて説明する。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
ＤＣモータ５の正転動作は、制御部８からのスイッチング素子ＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、第１のスイッチング素子１と第４のスイッチング素子４がＯＮ、第２のスイッチング素子２と第３のスイッチング素子３がＯＦＦ状態であるため、第１のスイッチング素子１、ＤＣモータ５、第４のスイッチング素子４を通じて電流が流れＤＣモータ５は正転動作を行う。
【００２４】
ＤＣモータ５の逆転動作は、制御部８からのスイッチング素子ＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、第２のスイッチング素子２と第３のスイッチング素子３がＯＮ、第１のスイッチング素子１と第４のスイッチング素子４がＯＦＦ状態であるため第３のスイッチング素子３、ＤＣモータ５、第２のスイッチング素子２を通じて電流が流れＤＣモータ５は逆転動作を行う。
【００２５】
ＤＣモータ５のブレーキ動作は、制御部８からのスイッチング素子ＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、第２のスイッチング素子２と第４のスイッチング素子４がＯＮ、第１のスイッチング素子１と第３のスイッチング素子３がＯＦＦ状態、又は、第１のスイッチング素子１と第３のスイッチング素子３がＯＮ、第２のスイッチング素子２と第４のスイッチング素子４がＯＦＦ状態であり、ＤＣモータ５の両端子が短絡されるためブレーキ力が働きＤＣモータ５は急停止する。
【００２６】
ＤＣモータ５の停止動作は、制御部８からのスイッチング素子ＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、第１から第４のスイッチング素子がＯＦＦ状態であり、ＤＣモータ５は何も繋がっていない状態であるため、回転中のＤＣモータ５に対しては、惰性で少し回転続けてから停止する。
【００２７】
以下、図１に示すＤＣモータ５の異常検出フローチャートを用いて、各動作モード毎に本発明の実施例を説明する。
【００２８】
電源が投入されたら、ＤＣモータ５の異常電流検出を開始し、スイッチング素子１〜４のＯＮ−ＯＦＦ状態により、正転動作、逆転動作、ブレーキ動作、停止のどの動作モードにあるのかをチェックする（Ｓ１１〜Ｓ１４）。
【００２９】
まず、正転及び逆転動作モードにおいて説明する。制御部８からのスイッチング素子１〜４のＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、ＤＣモータ５が正転動作（Ｓ１１）又は、逆転動作（Ｓ１２）するとき、ＤＣモータ５が動き出す瞬間には必ず起動電流により基準電流値を超える電流が流れるため、異常電流検出信号が必ずＯＮする。このＤＣモータ５が正転又は、逆転方向に起動するときに異常電流検出信号がＯＮしたか否かを判断（Ｓ１５）する。起動するときに異常電流検出信号がＯＮした場合は、正常状態であると判断し最初の動作モードの判別に戻る。また、起動するときに異常電流検出信号がＯＮしない場合、ＤＣモータ５の電極端子に接続されるケーブルが断線、又は、地絡しているため電流検出抵抗６に電流が流れないと判断し、直ぐにリレー９をＯＦＦしてＨブリッジ回路１０への給電を遮断する。
【００３０】
制御部８からのスイッチング素子１〜４のＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、ＤＣモータ５が正転動作（Ｓ１１）中に、異常電流検出信号がＯＮしている時間が規定時間より長いか否かを判断（Ｓ１６）する。異常電流検出信号がＯＮしている時間が規定時間より短い場合、正常状態であると判断し最初の動作モードの判別に戻る。異常電流検出信号がＯＮしている時間が規定時間より長い場合、第２のスイッチング素子２が故障し、第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２を貫通電流が流れている、又は、ＤＣモータ５が拘束状態、又は、ＤＣモータ５の巻線が短絡により使用最大負荷時の電流以上の電流が流れていると判断し、直ぐにリレー９をＯＦＦしてＨブリッジ回路１０への給電を遮断する（Ｓ１８）。
【００３１】
また、制御部８からのスイッチング素子１〜４のＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、ＤＣモータ５が逆転動作（Ｓ１２）中に、異常電流検出信号がＯＮしている時間が規定時間より長いか否かを判断（Ｓ１６）する。異常電流検出信号がＯＮしている時間が規定時間より短い場合、正常状態であると判断し最初の動作モードの判別に戻る。異常電流検出信号がＯＮしている時間が規定時間より長い場合、第４のスイッチング素子４が故障し、第３のスイッチング素子３と第４のスイッチング素子４を貫通電流が流れている、又は、ＤＣモータ５が拘束状態、又は、ＤＣモータ５の巻線が短絡により使用最大負荷時の電流以上の電流が流れていると判断し、直ぐにリレー９をＯＦＦしてＨブリッジ回路１０への給電を遮断する（Ｓ１８）。
【００３２】
次に、ブレーキ動作モードにおいて説明する。制御部８からのスイッチング素子１〜４のＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、正転動作からのブレーキ動作（Ｓ１３）中に、異常電流検出信号がＯＮしたか否かを判断（Ｓ１７）する。異常電流検出信号がＯＮしない場合、正常状態であると判断し最初の動作モードの判別に戻る。異常電流検出信号がＯＮした場合、第１のスイッチング素子１が故障によりＯＦＦしないため、第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２を貫通電流が流れていると判断し、直ぐにリレー９をＯＦＦしてＨブリッジ回路１０への給電を遮断する（Ｓ１８）。ここで、第３のスイッチング素子３が故障によりＯＦＦしない場合は、正転動作の時点で、第３のスイッチング素子３と第４のスイッチング素子４に貫通電流が流れるため、正転動作での異常検出フローで異常を検出できる。
【００３３】
制御部８からのスイッチング素子１〜４のＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、逆転動作からのブレーキ動作（Ｓ１３）中に、異常電流検出信号がＯＮしたか否かを判断（Ｓ１７）する。異常電流検出信号がＯＮしない場合、正常状態であると判断し最初の動作モードの判別に戻る。異常電流検出信号がＯＮした場合、第３のスイッチング素子３が故障によりＯＦＦしないため、第３のスイッチング素子３と第４のスイッチング素子４を貫通電流が流れていると判断し、直ぐにリレー９をＯＦＦしてＨブリッジ回路１０への給電を遮断する（Ｓ１８）。ここで、第１のスイッチング素子１が故障によりＯＦＦしない場合は、逆転動作の時点で、第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２に貫通電流が流れるため、逆転動作での異常検出フローで異常を検出できる。
【００３４】
最後に、停止モードにおいて説明する。制御部８からのスイッチング素子１〜４のＯＮ−ＯＦＦ制御信号により、ＤＣモータ５が停止しているとき（Ｓ１４）、異常電流検出信号がＯＮしたか否かを判断する（Ｓ１７）。異常電流検出信号がＯＮしない場合、正常状態であると判断し最初の動作モードの判別に戻る。異常電流検出信号がＯＮした場合、第１のスイッチング素子１と第２のスイッチング素子２、又は、第３のスイッチング素子３と第４のスイッチング素子４が故障して貫通電流が流れていると判断し、直ぐにリレー９をＯＦＦしてＨブリッジ回路１０への給電を遮断する（Ｓ１８）。
【００３５】
以上のように、ＤＣモータ５の各動作モードにおいて異常を検出した場合、スイッチング素子１〜４の制御信号をＯＦＦしても、スイッチング素子が故障で短絡状態になっていると、過電流が流れつづけるため、リレー９をＯＦＦすることによりＨブリッジ回路１０及びＤＣモータ５への給電を遮断し、過電流が流れることを防止し、重大障害である発煙、焼損を防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
本発明は、プリンタや複写機などの画像形成装置におけるＤＣモータの異常電流を検出するすべての用途に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例に係るＤＣモータの異常検出フローチャートである。
【図２】本発明の実施例に係るＤＣモータ制御回路のブロック図である。
【図３】使用最大負荷時の電流検出抵抗における電流値、電圧値を示す図である。
【図４】使用最小負荷時の電流検出抵抗における電流値、電圧値を示す図である。
【図５】従来例におけるＤＣモータ制御回路のブロック図である。
【図６】従来例におけるＤＣモータの異常検出フローチャートである。
【符号の説明】
【００３８】
１は第１のスイッチング素子、２は第２のスイッチング素子、３は第３のスイッチング素子、４は第４のスイッチング素子、５はＤＣモータ、６は電流検出抵抗、７は電流検出回路、８は制御部、９はリレー、１０はＨブリッジ回路である。
【図１】
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【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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